Merge tag 'pinctrl-v5.3-3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linusw...
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  linux/mm/vmscan.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *
7  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
8  *  kswapd added: 7.1.96  sct
9  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
10  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
11  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
12  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
13  */
14
15 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
16
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/kernel_stat.h>
22 #include <linux/swap.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/vmpressure.h>
27 #include <linux/vmstat.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
32                                         buffer_heads_over_limit */
33 #include <linux/mm_inline.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/rmap.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <linux/notifier.h>
41 #include <linux/rwsem.h>
42 #include <linux/delay.h>
43 #include <linux/kthread.h>
44 #include <linux/freezer.h>
45 #include <linux/memcontrol.h>
46 #include <linux/delayacct.h>
47 #include <linux/sysctl.h>
48 #include <linux/oom.h>
49 #include <linux/pagevec.h>
50 #include <linux/prefetch.h>
51 #include <linux/printk.h>
52 #include <linux/dax.h>
53 #include <linux/psi.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/div64.h>
57
58 #include <linux/swapops.h>
59 #include <linux/balloon_compaction.h>
60
61 #include "internal.h"
62
63 #define CREATE_TRACE_POINTS
64 #include <trace/events/vmscan.h>
65
66 struct scan_control {
67         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
68         unsigned long nr_to_reclaim;
69
70         /*
71          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
72          * are scanned.
73          */
74         nodemask_t      *nodemask;
75
76         /*
77          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
78          * primary target of this reclaim invocation.
79          */
80         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
81
82         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
83         unsigned int may_writepage:1;
84
85         /* Can mapped pages be reclaimed? */
86         unsigned int may_unmap:1;
87
88         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
89         unsigned int may_swap:1;
90
91         /*
92          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
93          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
94          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
95          */
96         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
97         unsigned int memcg_low_skipped:1;
98
99         unsigned int hibernation_mode:1;
100
101         /* One of the zones is ready for compaction */
102         unsigned int compaction_ready:1;
103
104         /* Allocation order */
105         s8 order;
106
107         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
108         s8 priority;
109
110         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
111         s8 reclaim_idx;
112
113         /* This context's GFP mask */
114         gfp_t gfp_mask;
115
116         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
117         unsigned long nr_scanned;
118
119         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
120         unsigned long nr_reclaimed;
121
122         struct {
123                 unsigned int dirty;
124                 unsigned int unqueued_dirty;
125                 unsigned int congested;
126                 unsigned int writeback;
127                 unsigned int immediate;
128                 unsigned int file_taken;
129                 unsigned int taken;
130         } nr;
131
132         /* for recording the reclaimed slab by now */
133         struct reclaim_state reclaim_state;
134 };
135
136 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
137 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
138         do {                                                            \
139                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
140                         struct page *prev;                              \
141                                                                         \
142                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
143                         prefetch(&prev->_field);                        \
144                 }                                                       \
145         } while (0)
146 #else
147 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
148 #endif
149
150 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
151 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
152         do {                                                            \
153                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
154                         struct page *prev;                              \
155                                                                         \
156                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
157                         prefetchw(&prev->_field);                       \
158                 }                                                       \
159         } while (0)
160 #else
161 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
162 #endif
163
164 /*
165  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
166  */
167 int vm_swappiness = 60;
168 /*
169  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
170  * zones.
171  */
172 unsigned long vm_total_pages;
173
174 static LIST_HEAD(shrinker_list);
175 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
176
177 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
178
179 /*
180  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
181  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
182  * for the shrinker, since we don't want to impose
183  * restrictions on their internal registration order.
184  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
185  * bit is set in the shrinkers map.
186  *
187  * This value is used by the function to detect registering
188  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
189  */
190 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
191
192 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
193 static int shrinker_nr_max;
194
195 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
196 {
197         int id, ret = -ENOMEM;
198
199         down_write(&shrinker_rwsem);
200         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
201         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
202         if (id < 0)
203                 goto unlock;
204
205         if (id >= shrinker_nr_max) {
206                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
207                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
208                         goto unlock;
209                 }
210
211                 shrinker_nr_max = id + 1;
212         }
213         shrinker->id = id;
214         ret = 0;
215 unlock:
216         up_write(&shrinker_rwsem);
217         return ret;
218 }
219
220 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
221 {
222         int id = shrinker->id;
223
224         BUG_ON(id < 0);
225
226         down_write(&shrinker_rwsem);
227         idr_remove(&shrinker_idr, id);
228         up_write(&shrinker_rwsem);
229 }
230 #else /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
231 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
232 {
233         return 0;
234 }
235
236 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
237 {
238 }
239 #endif /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
240
241 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
242                                    struct reclaim_state *rs)
243 {
244         /* Check for an overwrite */
245         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
246
247         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
248         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
249
250         task->reclaim_state = rs;
251 }
252
253 #ifdef CONFIG_MEMCG
254 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
255 {
256         return !sc->target_mem_cgroup;
257 }
258
259 /**
260  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
261  * @sc: scan_control in question
262  *
263  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
264  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
265  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
266  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
267  * allocation and configurability.
268  *
269  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
270  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
271  */
272 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
273 {
274         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
275
276         if (!memcg)
277                 return true;
278 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
279         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
280                 return true;
281 #endif
282         return false;
283 }
284
285 static void set_memcg_congestion(pg_data_t *pgdat,
286                                 struct mem_cgroup *memcg,
287                                 bool congested)
288 {
289         struct mem_cgroup_per_node *mn;
290
291         if (!memcg)
292                 return;
293
294         mn = mem_cgroup_nodeinfo(memcg, pgdat->node_id);
295         WRITE_ONCE(mn->congested, congested);
296 }
297
298 static bool memcg_congested(pg_data_t *pgdat,
299                         struct mem_cgroup *memcg)
300 {
301         struct mem_cgroup_per_node *mn;
302
303         mn = mem_cgroup_nodeinfo(memcg, pgdat->node_id);
304         return READ_ONCE(mn->congested);
305
306 }
307 #else
308 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
309 {
310         return true;
311 }
312
313 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
314 {
315         return true;
316 }
317
318 static inline void set_memcg_congestion(struct pglist_data *pgdat,
319                                 struct mem_cgroup *memcg, bool congested)
320 {
321 }
322
323 static inline bool memcg_congested(struct pglist_data *pgdat,
324                         struct mem_cgroup *memcg)
325 {
326         return false;
327
328 }
329 #endif
330
331 /*
332  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
333  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
334  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
335  */
336 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
337 {
338         unsigned long nr;
339
340         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
341                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
342         if (get_nr_swap_pages() > 0)
343                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
344                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
345
346         return nr;
347 }
348
349 /**
350  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
351  * @lruvec: lru vector
352  * @lru: lru to use
353  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
354  */
355 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
356 {
357         unsigned long lru_size;
358         int zid;
359
360         if (!mem_cgroup_disabled())
361                 lru_size = lruvec_page_state_local(lruvec, NR_LRU_BASE + lru);
362         else
363                 lru_size = node_page_state(lruvec_pgdat(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
364
365         for (zid = zone_idx + 1; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
366                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
367                 unsigned long size;
368
369                 if (!managed_zone(zone))
370                         continue;
371
372                 if (!mem_cgroup_disabled())
373                         size = mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
374                 else
375                         size = zone_page_state(&lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid],
376                                        NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
377                 lru_size -= min(size, lru_size);
378         }
379
380         return lru_size;
381
382 }
383
384 /*
385  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
386  */
387 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
388 {
389         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
390
391         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
392                 size *= nr_node_ids;
393
394         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
395         if (!shrinker->nr_deferred)
396                 return -ENOMEM;
397
398         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
399                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
400                         goto free_deferred;
401         }
402
403         return 0;
404
405 free_deferred:
406         kfree(shrinker->nr_deferred);
407         shrinker->nr_deferred = NULL;
408         return -ENOMEM;
409 }
410
411 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
412 {
413         if (!shrinker->nr_deferred)
414                 return;
415
416         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
417                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
418
419         kfree(shrinker->nr_deferred);
420         shrinker->nr_deferred = NULL;
421 }
422
423 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
424 {
425         down_write(&shrinker_rwsem);
426         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
427 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
428         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
429                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
430 #endif
431         up_write(&shrinker_rwsem);
432 }
433
434 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
435 {
436         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
437
438         if (err)
439                 return err;
440         register_shrinker_prepared(shrinker);
441         return 0;
442 }
443 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
444
445 /*
446  * Remove one
447  */
448 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
449 {
450         if (!shrinker->nr_deferred)
451                 return;
452         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
453                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
454         down_write(&shrinker_rwsem);
455         list_del(&shrinker->list);
456         up_write(&shrinker_rwsem);
457         kfree(shrinker->nr_deferred);
458         shrinker->nr_deferred = NULL;
459 }
460 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
461
462 #define SHRINK_BATCH 128
463
464 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
465                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
466 {
467         unsigned long freed = 0;
468         unsigned long long delta;
469         long total_scan;
470         long freeable;
471         long nr;
472         long new_nr;
473         int nid = shrinkctl->nid;
474         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
475                                           : SHRINK_BATCH;
476         long scanned = 0, next_deferred;
477
478         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
479                 nid = 0;
480
481         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
482         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
483                 return freeable;
484
485         /*
486          * copy the current shrinker scan count into a local variable
487          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
488          * don't also do this scanning work.
489          */
490         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
491
492         total_scan = nr;
493         if (shrinker->seeks) {
494                 delta = freeable >> priority;
495                 delta *= 4;
496                 do_div(delta, shrinker->seeks);
497         } else {
498                 /*
499                  * These objects don't require any IO to create. Trim
500                  * them aggressively under memory pressure to keep
501                  * them from causing refetches in the IO caches.
502                  */
503                 delta = freeable / 2;
504         }
505
506         total_scan += delta;
507         if (total_scan < 0) {
508                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
509                        shrinker->scan_objects, total_scan);
510                 total_scan = freeable;
511                 next_deferred = nr;
512         } else
513                 next_deferred = total_scan;
514
515         /*
516          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
517          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
518          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
519          * nr being built up so when a shrink that can do some work
520          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
521          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
522          * memory.
523          *
524          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
525          * a large delta change is calculated directly.
526          */
527         if (delta < freeable / 4)
528                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
529
530         /*
531          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
532          * never try to free more than twice the estimate number of
533          * freeable entries.
534          */
535         if (total_scan > freeable * 2)
536                 total_scan = freeable * 2;
537
538         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
539                                    freeable, delta, total_scan, priority);
540
541         /*
542          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
543          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
544          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
545          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
546          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
547          * objects spread over several slabs with usage less than the
548          * batch_size.
549          *
550          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
551          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
552          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
553          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
554          * possible.
555          */
556         while (total_scan >= batch_size ||
557                total_scan >= freeable) {
558                 unsigned long ret;
559                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
560
561                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
562                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
563                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
564                 if (ret == SHRINK_STOP)
565                         break;
566                 freed += ret;
567
568                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
569                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
570                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
571
572                 cond_resched();
573         }
574
575         if (next_deferred >= scanned)
576                 next_deferred -= scanned;
577         else
578                 next_deferred = 0;
579         /*
580          * move the unused scan count back into the shrinker in a
581          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
582          * scan, there is no need to do an update.
583          */
584         if (next_deferred > 0)
585                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
586                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
587         else
588                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
589
590         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
591         return freed;
592 }
593
594 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
595 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
596                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
597 {
598         struct memcg_shrinker_map *map;
599         unsigned long ret, freed = 0;
600         int i;
601
602         if (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg))
603                 return 0;
604
605         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
606                 return 0;
607
608         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
609                                         true);
610         if (unlikely(!map))
611                 goto unlock;
612
613         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
614                 struct shrink_control sc = {
615                         .gfp_mask = gfp_mask,
616                         .nid = nid,
617                         .memcg = memcg,
618                 };
619                 struct shrinker *shrinker;
620
621                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
622                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
623                         if (!shrinker)
624                                 clear_bit(i, map->map);
625                         continue;
626                 }
627
628                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
629                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
630                         clear_bit(i, map->map);
631                         /*
632                          * After the shrinker reported that it had no objects to
633                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
634                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
635                          * added. To make sure, we have the bit set in this
636                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
637                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
638                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
639                          * memcg_set_shrinker_bit():
640                          *
641                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
642                          *   list_add_tail()    clear_bit()
643                          *   <MB>               <MB>
644                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
645                          */
646                         smp_mb__after_atomic();
647                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
648                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
649                                 ret = 0;
650                         else
651                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
652                 }
653                 freed += ret;
654
655                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
656                         freed = freed ? : 1;
657                         break;
658                 }
659         }
660 unlock:
661         up_read(&shrinker_rwsem);
662         return freed;
663 }
664 #else /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
665 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
666                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
667 {
668         return 0;
669 }
670 #endif /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
671
672 /**
673  * shrink_slab - shrink slab caches
674  * @gfp_mask: allocation context
675  * @nid: node whose slab caches to target
676  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
677  * @priority: the reclaim priority
678  *
679  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
680  *
681  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
682  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
683  *
684  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
685  * are called only if it is the root cgroup.
686  *
687  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
688  * in order to get the scan target.
689  *
690  * Returns the number of reclaimed slab objects.
691  */
692 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
693                                  struct mem_cgroup *memcg,
694                                  int priority)
695 {
696         unsigned long ret, freed = 0;
697         struct shrinker *shrinker;
698
699         /*
700          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
701          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
702          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
703          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
704          * oom.
705          */
706         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
707                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
708
709         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
710                 goto out;
711
712         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
713                 struct shrink_control sc = {
714                         .gfp_mask = gfp_mask,
715                         .nid = nid,
716                         .memcg = memcg,
717                 };
718
719                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
720                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
721                         ret = 0;
722                 freed += ret;
723                 /*
724                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
725                  * prevent the regsitration from being stalled for long periods
726                  * by parallel ongoing shrinking.
727                  */
728                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
729                         freed = freed ? : 1;
730                         break;
731                 }
732         }
733
734         up_read(&shrinker_rwsem);
735 out:
736         cond_resched();
737         return freed;
738 }
739
740 void drop_slab_node(int nid)
741 {
742         unsigned long freed;
743
744         do {
745                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
746
747                 freed = 0;
748                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
749                 do {
750                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
751                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
752         } while (freed > 10);
753 }
754
755 void drop_slab(void)
756 {
757         int nid;
758
759         for_each_online_node(nid)
760                 drop_slab_node(nid);
761 }
762
763 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
764 {
765         /*
766          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
767          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
768          * heads at page->private.
769          */
770         int page_cache_pins = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
771                 HPAGE_PMD_NR : 1;
772         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
773 }
774
775 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
776 {
777         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
778                 return 1;
779         if (!inode_write_congested(inode))
780                 return 1;
781         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
782                 return 1;
783         return 0;
784 }
785
786 /*
787  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
788  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
789  * fsync(), msync() or close().
790  *
791  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
792  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
793  * that page is locked, the mapping is pinned.
794  *
795  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
796  * __GFP_FS.
797  */
798 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
799                                 struct page *page, int error)
800 {
801         lock_page(page);
802         if (page_mapping(page) == mapping)
803                 mapping_set_error(mapping, error);
804         unlock_page(page);
805 }
806
807 /* possible outcome of pageout() */
808 typedef enum {
809         /* failed to write page out, page is locked */
810         PAGE_KEEP,
811         /* move page to the active list, page is locked */
812         PAGE_ACTIVATE,
813         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
814         PAGE_SUCCESS,
815         /* page is clean and locked */
816         PAGE_CLEAN,
817 } pageout_t;
818
819 /*
820  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
821  * Calls ->writepage().
822  */
823 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
824                          struct scan_control *sc)
825 {
826         /*
827          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
828          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
829          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
830          * stalls if we need to run get_block().  We could test
831          * PagePrivate for that.
832          *
833          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
834          * this page's queue, we can perform writeback even if that
835          * will block.
836          *
837          * If the page is swapcache, write it back even if that would
838          * block, for some throttling. This happens by accident, because
839          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
840          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
841          */
842         if (!is_page_cache_freeable(page))
843                 return PAGE_KEEP;
844         if (!mapping) {
845                 /*
846                  * Some data journaling orphaned pages can have
847                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
848                  */
849                 if (page_has_private(page)) {
850                         if (try_to_free_buffers(page)) {
851                                 ClearPageDirty(page);
852                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
853                                 return PAGE_CLEAN;
854                         }
855                 }
856                 return PAGE_KEEP;
857         }
858         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
859                 return PAGE_ACTIVATE;
860         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
861                 return PAGE_KEEP;
862
863         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
864                 int res;
865                 struct writeback_control wbc = {
866                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
867                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
868                         .range_start = 0,
869                         .range_end = LLONG_MAX,
870                         .for_reclaim = 1,
871                 };
872
873                 SetPageReclaim(page);
874                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
875                 if (res < 0)
876                         handle_write_error(mapping, page, res);
877                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
878                         ClearPageReclaim(page);
879                         return PAGE_ACTIVATE;
880                 }
881
882                 if (!PageWriteback(page)) {
883                         /* synchronous write or broken a_ops? */
884                         ClearPageReclaim(page);
885                 }
886                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
887                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
888                 return PAGE_SUCCESS;
889         }
890
891         return PAGE_CLEAN;
892 }
893
894 /*
895  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
896  * gets returned with a refcount of 0.
897  */
898 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
899                             bool reclaimed)
900 {
901         unsigned long flags;
902         int refcount;
903
904         BUG_ON(!PageLocked(page));
905         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
906
907         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
908         /*
909          * The non racy check for a busy page.
910          *
911          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
912          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
913          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
914          * here, then the following race may occur:
915          *
916          * get_user_pages(&page);
917          * [user mapping goes away]
918          * write_to(page);
919          *                              !PageDirty(page)    [good]
920          * SetPageDirty(page);
921          * put_page(page);
922          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
923          *
924          * [oops, our write_to data is lost]
925          *
926          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
927          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
928          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
929          *
930          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
931          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
932          */
933         if (unlikely(PageTransHuge(page)) && PageSwapCache(page))
934                 refcount = 1 + HPAGE_PMD_NR;
935         else
936                 refcount = 2;
937         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
938                 goto cannot_free;
939         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
940         if (unlikely(PageDirty(page))) {
941                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
942                 goto cannot_free;
943         }
944
945         if (PageSwapCache(page)) {
946                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
947                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
948                 __delete_from_swap_cache(page, swap);
949                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
950                 put_swap_page(page, swap);
951         } else {
952                 void (*freepage)(struct page *);
953                 void *shadow = NULL;
954
955                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
956                 /*
957                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
958                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
959                  *
960                  * But don't store shadows in an address space that is
961                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
962                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
963                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
964                  * back.
965                  *
966                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
967                  * only page cache pages found in these are zero pages
968                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
969                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
970                  * same address_space.
971                  */
972                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
973                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
974                         shadow = workingset_eviction(page);
975                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
976                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
977
978                 if (freepage != NULL)
979                         freepage(page);
980         }
981
982         return 1;
983
984 cannot_free:
985         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
986         return 0;
987 }
988
989 /*
990  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
991  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
992  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
993  * this page.
994  */
995 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
996 {
997         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
998                 /*
999                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
1000                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1001                  * atomic operation.
1002                  */
1003                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1004                 return 1;
1005         }
1006         return 0;
1007 }
1008
1009 /**
1010  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
1011  * @page: page to be put back to appropriate lru list
1012  *
1013  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
1014  * Page may still be unevictable for other reasons.
1015  *
1016  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1017  */
1018 void putback_lru_page(struct page *page)
1019 {
1020         lru_cache_add(page);
1021         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
1022 }
1023
1024 enum page_references {
1025         PAGEREF_RECLAIM,
1026         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1027         PAGEREF_KEEP,
1028         PAGEREF_ACTIVATE,
1029 };
1030
1031 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
1032                                                   struct scan_control *sc)
1033 {
1034         int referenced_ptes, referenced_page;
1035         unsigned long vm_flags;
1036
1037         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
1038                                           &vm_flags);
1039         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
1040
1041         /*
1042          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1043          * move the page to the unevictable list.
1044          */
1045         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1046                 return PAGEREF_RECLAIM;
1047
1048         if (referenced_ptes) {
1049                 if (PageSwapBacked(page))
1050                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1051                 /*
1052                  * All mapped pages start out with page table
1053                  * references from the instantiating fault, so we need
1054                  * to look twice if a mapped file page is used more
1055                  * than once.
1056                  *
1057                  * Mark it and spare it for another trip around the
1058                  * inactive list.  Another page table reference will
1059                  * lead to its activation.
1060                  *
1061                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1062                  * so that recently deactivated but used pages are
1063                  * quickly recovered.
1064                  */
1065                 SetPageReferenced(page);
1066
1067                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1068                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1069
1070                 /*
1071                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1072                  */
1073                 if (vm_flags & VM_EXEC)
1074                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1075
1076                 return PAGEREF_KEEP;
1077         }
1078
1079         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1080         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1081                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1082
1083         return PAGEREF_RECLAIM;
1084 }
1085
1086 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1087 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1088                                        bool *dirty, bool *writeback)
1089 {
1090         struct address_space *mapping;
1091
1092         /*
1093          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1094          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1095          */
1096         if (!page_is_file_cache(page) ||
1097             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1098                 *dirty = false;
1099                 *writeback = false;
1100                 return;
1101         }
1102
1103         /* By default assume that the page flags are accurate */
1104         *dirty = PageDirty(page);
1105         *writeback = PageWriteback(page);
1106
1107         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1108         if (!page_has_private(page))
1109                 return;
1110
1111         mapping = page_mapping(page);
1112         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1113                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1118  */
1119 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1120                                       struct pglist_data *pgdat,
1121                                       struct scan_control *sc,
1122                                       enum ttu_flags ttu_flags,
1123                                       struct reclaim_stat *stat,
1124                                       bool force_reclaim)
1125 {
1126         LIST_HEAD(ret_pages);
1127         LIST_HEAD(free_pages);
1128         unsigned nr_reclaimed = 0;
1129         unsigned pgactivate = 0;
1130
1131         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1132         cond_resched();
1133
1134         while (!list_empty(page_list)) {
1135                 struct address_space *mapping;
1136                 struct page *page;
1137                 int may_enter_fs;
1138                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1139                 bool dirty, writeback;
1140                 unsigned int nr_pages;
1141
1142                 cond_resched();
1143
1144                 page = lru_to_page(page_list);
1145                 list_del(&page->lru);
1146
1147                 if (!trylock_page(page))
1148                         goto keep;
1149
1150                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1151
1152                 nr_pages = 1 << compound_order(page);
1153
1154                 /* Account the number of base pages even though THP */
1155                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1156
1157                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1158                         goto activate_locked;
1159
1160                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1161                         goto keep_locked;
1162
1163                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1164                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1165
1166                 /*
1167                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1168                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1169                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1170                  * is all dirty unqueued pages.
1171                  */
1172                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1173                 if (dirty || writeback)
1174                         stat->nr_dirty++;
1175
1176                 if (dirty && !writeback)
1177                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1178
1179                 /*
1180                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1181                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1182                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1183                  * end of the LRU a second time.
1184                  */
1185                 mapping = page_mapping(page);
1186                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1187                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1188                     (writeback && PageReclaim(page)))
1189                         stat->nr_congested++;
1190
1191                 /*
1192                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1193                  * are three cases to consider.
1194                  *
1195                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1196                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1197                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1198                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1199                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1200                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1201                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1202                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1203                  *    caller can stall after page list has been processed.
1204                  *
1205                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1206                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1207                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1208                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1209                  *    reclaim and continue scanning.
1210                  *
1211                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1212                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1213                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1214                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1215                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1216                  *    would probably show more reasons.
1217                  *
1218                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1219                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1220                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1221                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1222                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1223                  *
1224                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1225                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1226                  * inactive list and refilling from the active list. The
1227                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1228                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1229                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1230                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1231                  * takes to write them to disk.
1232                  */
1233                 if (PageWriteback(page)) {
1234                         /* Case 1 above */
1235                         if (current_is_kswapd() &&
1236                             PageReclaim(page) &&
1237                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1238                                 stat->nr_immediate++;
1239                                 goto activate_locked;
1240
1241                         /* Case 2 above */
1242                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1243                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1244                                 /*
1245                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1246                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1247                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1248                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1249                                  * enough to care.  What we do want is for this
1250                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1251                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1252                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1253                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1254                                  */
1255                                 SetPageReclaim(page);
1256                                 stat->nr_writeback++;
1257                                 goto activate_locked;
1258
1259                         /* Case 3 above */
1260                         } else {
1261                                 unlock_page(page);
1262                                 wait_on_page_writeback(page);
1263                                 /* then go back and try same page again */
1264                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1265                                 continue;
1266                         }
1267                 }
1268
1269                 if (!force_reclaim)
1270                         references = page_check_references(page, sc);
1271
1272                 switch (references) {
1273                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1274                         goto activate_locked;
1275                 case PAGEREF_KEEP:
1276                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1277                         goto keep_locked;
1278                 case PAGEREF_RECLAIM:
1279                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1280                         ; /* try to reclaim the page below */
1281                 }
1282
1283                 /*
1284                  * Anonymous process memory has backing store?
1285                  * Try to allocate it some swap space here.
1286                  * Lazyfree page could be freed directly
1287                  */
1288                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1289                         if (!PageSwapCache(page)) {
1290                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1291                                         goto keep_locked;
1292                                 if (PageTransHuge(page)) {
1293                                         /* cannot split THP, skip it */
1294                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1295                                                 goto activate_locked;
1296                                         /*
1297                                          * Split pages without a PMD map right
1298                                          * away. Chances are some or all of the
1299                                          * tail pages can be freed without IO.
1300                                          */
1301                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1302                                             split_huge_page_to_list(page,
1303                                                                     page_list))
1304                                                 goto activate_locked;
1305                                 }
1306                                 if (!add_to_swap(page)) {
1307                                         if (!PageTransHuge(page))
1308                                                 goto activate_locked_split;
1309                                         /* Fallback to swap normal pages */
1310                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1311                                                                     page_list))
1312                                                 goto activate_locked;
1313 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1314                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1315 #endif
1316                                         if (!add_to_swap(page))
1317                                                 goto activate_locked_split;
1318                                 }
1319
1320                                 may_enter_fs = 1;
1321
1322                                 /* Adding to swap updated mapping */
1323                                 mapping = page_mapping(page);
1324                         }
1325                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1326                         /* Split file THP */
1327                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1328                                 goto keep_locked;
1329                 }
1330
1331                 /*
1332                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1333                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1334                  *
1335                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1336                  * reach here.
1337                  */
1338                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1339                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1340                         nr_pages = 1;
1341                 }
1342
1343                 /*
1344                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1345                  * processes. Try to unmap it here.
1346                  */
1347                 if (page_mapped(page)) {
1348                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1349
1350                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1351                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1352                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1353                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1354                                 goto activate_locked;
1355                         }
1356                 }
1357
1358                 if (PageDirty(page)) {
1359                         /*
1360                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1361                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1362                          * injecting inefficient single-page IO into
1363                          * flusher writeback as much as possible: only
1364                          * write pages when we've encountered many
1365                          * dirty pages, and when we've already scanned
1366                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1367                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1368                          */
1369                         if (page_is_file_cache(page) &&
1370                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1371                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1372                                 /*
1373                                  * Immediately reclaim when written back.
1374                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1375                                  * except we already have the page isolated
1376                                  * and know it's dirty
1377                                  */
1378                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1379                                 SetPageReclaim(page);
1380
1381                                 goto activate_locked;
1382                         }
1383
1384                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1385                                 goto keep_locked;
1386                         if (!may_enter_fs)
1387                                 goto keep_locked;
1388                         if (!sc->may_writepage)
1389                                 goto keep_locked;
1390
1391                         /*
1392                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1393                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1394                          * starts and then write it out here.
1395                          */
1396                         try_to_unmap_flush_dirty();
1397                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1398                         case PAGE_KEEP:
1399                                 goto keep_locked;
1400                         case PAGE_ACTIVATE:
1401                                 goto activate_locked;
1402                         case PAGE_SUCCESS:
1403                                 if (PageWriteback(page))
1404                                         goto keep;
1405                                 if (PageDirty(page))
1406                                         goto keep;
1407
1408                                 /*
1409                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1410                                  * ahead and try to reclaim the page.
1411                                  */
1412                                 if (!trylock_page(page))
1413                                         goto keep;
1414                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1415                                         goto keep_locked;
1416                                 mapping = page_mapping(page);
1417                         case PAGE_CLEAN:
1418                                 ; /* try to free the page below */
1419                         }
1420                 }
1421
1422                 /*
1423                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1424                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1425                  * the page as well.
1426                  *
1427                  * We do this even if the page is PageDirty().
1428                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1429                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1430                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1431                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1432                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1433                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1434                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1435                  *
1436                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1437                  * the pages which were not successfully invalidated in
1438                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1439                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1440                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1441                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1442                  */
1443                 if (page_has_private(page)) {
1444                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1445                                 goto activate_locked;
1446                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1447                                 unlock_page(page);
1448                                 if (put_page_testzero(page))
1449                                         goto free_it;
1450                                 else {
1451                                         /*
1452                                          * rare race with speculative reference.
1453                                          * the speculative reference will free
1454                                          * this page shortly, so we may
1455                                          * increment nr_reclaimed here (and
1456                                          * leave it off the LRU).
1457                                          */
1458                                         nr_reclaimed++;
1459                                         continue;
1460                                 }
1461                         }
1462                 }
1463
1464                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1465                         /* follow __remove_mapping for reference */
1466                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1467                                 goto keep_locked;
1468                         if (PageDirty(page)) {
1469                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1470                                 goto keep_locked;
1471                         }
1472
1473                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1474                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1475                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1476                         goto keep_locked;
1477
1478                 unlock_page(page);
1479 free_it:
1480                 /*
1481                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1482                  * all base pages.
1483                  */
1484                 nr_reclaimed += nr_pages;
1485
1486                 /*
1487                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1488                  * appear not as the counts should be low
1489                  */
1490                 if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1491                         mem_cgroup_uncharge(page);
1492                         (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1493                 } else
1494                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1495                 continue;
1496
1497 activate_locked_split:
1498                 /*
1499                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1500                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1501                  */
1502                 if (nr_pages > 1) {
1503                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1504                         nr_pages = 1;
1505                 }
1506 activate_locked:
1507                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1508                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1509                                                 PageMlocked(page)))
1510                         try_to_free_swap(page);
1511                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1512                 if (!PageMlocked(page)) {
1513                         int type = page_is_file_cache(page);
1514                         SetPageActive(page);
1515                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1516                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1517                 }
1518 keep_locked:
1519                 unlock_page(page);
1520 keep:
1521                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1522                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1523         }
1524
1525         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1526
1527         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1528         try_to_unmap_flush();
1529         free_unref_page_list(&free_pages);
1530
1531         list_splice(&ret_pages, page_list);
1532         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1533
1534         return nr_reclaimed;
1535 }
1536
1537 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1538                                             struct list_head *page_list)
1539 {
1540         struct scan_control sc = {
1541                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1542                 .priority = DEF_PRIORITY,
1543                 .may_unmap = 1,
1544         };
1545         struct reclaim_stat dummy_stat;
1546         unsigned long ret;
1547         struct page *page, *next;
1548         LIST_HEAD(clean_pages);
1549
1550         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1551                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1552                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1553                         ClearPageActive(page);
1554                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1555                 }
1556         }
1557
1558         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1559                         TTU_IGNORE_ACCESS, &dummy_stat, true);
1560         list_splice(&clean_pages, page_list);
1561         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1562         return ret;
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1567  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1568  * freed elsewhere are also ignored.
1569  *
1570  * page:        page to consider
1571  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1572  *
1573  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1574  */
1575 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1576 {
1577         int ret = -EINVAL;
1578
1579         /* Only take pages on the LRU. */
1580         if (!PageLRU(page))
1581                 return ret;
1582
1583         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1584         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1585                 return ret;
1586
1587         ret = -EBUSY;
1588
1589         /*
1590          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1591          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1592          * blocking - clean pages for the most part.
1593          *
1594          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1595          * that it is possible to migrate without blocking
1596          */
1597         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1598                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1599                 if (PageWriteback(page))
1600                         return ret;
1601
1602                 if (PageDirty(page)) {
1603                         struct address_space *mapping;
1604                         bool migrate_dirty;
1605
1606                         /*
1607                          * Only pages without mappings or that have a
1608                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1609                          * without blocking. However, we can be racing with
1610                          * truncation so it's necessary to lock the page
1611                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1612                          * the page lock until after the page is removed
1613                          * from the page cache.
1614                          */
1615                         if (!trylock_page(page))
1616                                 return ret;
1617
1618                         mapping = page_mapping(page);
1619                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1620                         unlock_page(page);
1621                         if (!migrate_dirty)
1622                                 return ret;
1623                 }
1624         }
1625
1626         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1627                 return ret;
1628
1629         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1630                 /*
1631                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1632                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1633                  * page release code relies on it.
1634                  */
1635                 ClearPageLRU(page);
1636                 ret = 0;
1637         }
1638
1639         return ret;
1640 }
1641
1642
1643 /*
1644  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1645  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a santity check.
1646  */
1647 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1648                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1649 {
1650         int zid;
1651
1652         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1653                 if (!nr_zone_taken[zid])
1654                         continue;
1655
1656                 __update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1657 #ifdef CONFIG_MEMCG
1658                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1659 #endif
1660         }
1661
1662 }
1663
1664 /**
1665  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1666  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1667  * and working on them outside the LRU lock.
1668  *
1669  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1670  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1671  *
1672  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1673  *
1674  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1675  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1676  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1677  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1678  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1679  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1680  * @lru:        LRU list id for isolating
1681  *
1682  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1683  */
1684 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1685                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1686                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1687                 enum lru_list lru)
1688 {
1689         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1690         unsigned long nr_taken = 0;
1691         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1692         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1693         unsigned long skipped = 0;
1694         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1695         LIST_HEAD(pages_skipped);
1696         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1697
1698         total_scan = 0;
1699         scan = 0;
1700         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1701                 struct page *page;
1702
1703                 page = lru_to_page(src);
1704                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1705
1706                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1707
1708                 nr_pages = 1 << compound_order(page);
1709                 total_scan += nr_pages;
1710
1711                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1712                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1713                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1714                         continue;
1715                 }
1716
1717                 /*
1718                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1719                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1720                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1721                  * pages, triggering a premature OOM.
1722                  *
1723                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1724                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1725                  * only when the page is being freed somewhere else.
1726                  */
1727                 scan += nr_pages;
1728                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1729                 case 0:
1730                         nr_taken += nr_pages;
1731                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1732                         list_move(&page->lru, dst);
1733                         break;
1734
1735                 case -EBUSY:
1736                         /* else it is being freed elsewhere */
1737                         list_move(&page->lru, src);
1738                         continue;
1739
1740                 default:
1741                         BUG();
1742                 }
1743         }
1744
1745         /*
1746          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1747          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1748          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1749          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1750          * system at risk of premature OOM.
1751          */
1752         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1753                 int zid;
1754
1755                 list_splice(&pages_skipped, src);
1756                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1757                         if (!nr_skipped[zid])
1758                                 continue;
1759
1760                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1761                         skipped += nr_skipped[zid];
1762                 }
1763         }
1764         *nr_scanned = total_scan;
1765         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1766                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1767         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1768         return nr_taken;
1769 }
1770
1771 /**
1772  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1773  * @page: page to isolate from its LRU list
1774  *
1775  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1776  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1777  *
1778  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1779  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1780  *
1781  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1782  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1783  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1784  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1785  *
1786  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1787  * found will be decremented.
1788  *
1789  * Restrictions:
1790  *
1791  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1792  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1793  *     without a stable reference).
1794  * (2) the lru_lock must not be held.
1795  * (3) interrupts must be enabled.
1796  */
1797 int isolate_lru_page(struct page *page)
1798 {
1799         int ret = -EBUSY;
1800
1801         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1802         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1803
1804         if (PageLRU(page)) {
1805                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1806                 struct lruvec *lruvec;
1807
1808                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1809                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1810                 if (PageLRU(page)) {
1811                         int lru = page_lru(page);
1812                         get_page(page);
1813                         ClearPageLRU(page);
1814                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1815                         ret = 0;
1816                 }
1817                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1818         }
1819         return ret;
1820 }
1821
1822 /*
1823  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1824  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1825  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1826  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1827  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1828  */
1829 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1830                 struct scan_control *sc)
1831 {
1832         unsigned long inactive, isolated;
1833
1834         if (current_is_kswapd())
1835                 return 0;
1836
1837         if (!sane_reclaim(sc))
1838                 return 0;
1839
1840         if (file) {
1841                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1842                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1843         } else {
1844                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1845                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1846         }
1847
1848         /*
1849          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1850          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1851          * deadlock.
1852          */
1853         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1854                 inactive >>= 3;
1855
1856         return isolated > inactive;
1857 }
1858
1859 /*
1860  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1861  *
1862  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1863  * processes, from rmap.
1864  *
1865  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1866  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1867  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1868  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1869  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1870  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1871  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1872  *
1873  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1874  * But we had to alter page->flags anyway.
1875  *
1876  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1877  */
1878
1879 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1880                                                      struct list_head *list)
1881 {
1882         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1883         int nr_pages, nr_moved = 0;
1884         LIST_HEAD(pages_to_free);
1885         struct page *page;
1886         enum lru_list lru;
1887
1888         while (!list_empty(list)) {
1889                 page = lru_to_page(list);
1890                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1891                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1892                         list_del(&page->lru);
1893                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1894                         putback_lru_page(page);
1895                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1896                         continue;
1897                 }
1898                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1899
1900                 SetPageLRU(page);
1901                 lru = page_lru(page);
1902
1903                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1904                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1905                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1906
1907                 if (put_page_testzero(page)) {
1908                         __ClearPageLRU(page);
1909                         __ClearPageActive(page);
1910                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1911
1912                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1913                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1914                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1915                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1916                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1917                         } else
1918                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1919                 } else {
1920                         nr_moved += nr_pages;
1921                 }
1922         }
1923
1924         /*
1925          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1926          */
1927         list_splice(&pages_to_free, list);
1928
1929         return nr_moved;
1930 }
1931
1932 /*
1933  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1934  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1935  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1936  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1937  */
1938 static int current_may_throttle(void)
1939 {
1940         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1941                 current->backing_dev_info == NULL ||
1942                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1943 }
1944
1945 /*
1946  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1947  * of reclaimed pages
1948  */
1949 static noinline_for_stack unsigned long
1950 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1951                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1952 {
1953         LIST_HEAD(page_list);
1954         unsigned long nr_scanned;
1955         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1956         unsigned long nr_taken;
1957         struct reclaim_stat stat;
1958         int file = is_file_lru(lru);
1959         enum vm_event_item item;
1960         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1961         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1962         bool stalled = false;
1963
1964         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1965                 if (stalled)
1966                         return 0;
1967
1968                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1969                 msleep(100);
1970                 stalled = true;
1971
1972                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1973                 if (fatal_signal_pending(current))
1974                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1975         }
1976
1977         lru_add_drain();
1978
1979         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1980
1981         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1982                                      &nr_scanned, sc, lru);
1983
1984         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1985         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1986
1987         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1988         if (global_reclaim(sc))
1989                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1990         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1991         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1992
1993         if (nr_taken == 0)
1994                 return 0;
1995
1996         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1997                                 &stat, false);
1998
1999         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2000
2001         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2002         if (global_reclaim(sc))
2003                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2004         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2005         reclaim_stat->recent_rotated[0] += stat.nr_activate[0];
2006         reclaim_stat->recent_rotated[1] += stat.nr_activate[1];
2007
2008         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2009
2010         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2011
2012         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2013
2014         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2015         free_unref_page_list(&page_list);
2016
2017         /*
2018          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2019          * implies that flushers are not doing their job. This can
2020          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2021          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2022          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2023          * dirty pages grows not through writes but through memory
2024          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2025          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2026          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2027          */
2028         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2029                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2030
2031         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2032         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2033         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2034         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2035         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2036         sc->nr.taken += nr_taken;
2037         if (file)
2038                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2039
2040         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2041                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2042         return nr_reclaimed;
2043 }
2044
2045 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2046                                struct lruvec *lruvec,
2047                                struct scan_control *sc,
2048                                enum lru_list lru)
2049 {
2050         unsigned long nr_taken;
2051         unsigned long nr_scanned;
2052         unsigned long vm_flags;
2053         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2054         LIST_HEAD(l_active);
2055         LIST_HEAD(l_inactive);
2056         struct page *page;
2057         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2058         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2059         unsigned nr_rotated = 0;
2060         int file = is_file_lru(lru);
2061         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2062
2063         lru_add_drain();
2064
2065         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2066
2067         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2068                                      &nr_scanned, sc, lru);
2069
2070         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2071         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
2072
2073         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2074         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2075
2076         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2077
2078         while (!list_empty(&l_hold)) {
2079                 cond_resched();
2080                 page = lru_to_page(&l_hold);
2081                 list_del(&page->lru);
2082
2083                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2084                         putback_lru_page(page);
2085                         continue;
2086                 }
2087
2088                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2089                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2090                                 if (page_has_private(page))
2091                                         try_to_release_page(page, 0);
2092                                 unlock_page(page);
2093                         }
2094                 }
2095
2096                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2097                                     &vm_flags)) {
2098                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
2099                         /*
2100                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2101                          * give them one more trip around the active list. So
2102                          * that executable code get better chances to stay in
2103                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2104                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2105                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2106                          * so we ignore them here.
2107                          */
2108                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
2109                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2110                                 continue;
2111                         }
2112                 }
2113
2114                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2115                 SetPageWorkingset(page);
2116                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2117         }
2118
2119         /*
2120          * Move pages back to the lru list.
2121          */
2122         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2123         /*
2124          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
2125          * even though only some of them are actually re-activated.  This
2126          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
2127          * get_scan_count.
2128          */
2129         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
2130
2131         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2132         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2133         /* Keep all free pages in l_active list */
2134         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2135
2136         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2137         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2138
2139         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2140         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2141
2142         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2143         free_unref_page_list(&l_active);
2144         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2145                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2146 }
2147
2148 /*
2149  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2150  * to do too much work.
2151  *
2152  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2153  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2154  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2155  *
2156  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2157  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2158  *
2159  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2160  *
2161  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2162  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2163  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2164  *
2165  * total     target    max
2166  * memory    ratio     inactive
2167  * -------------------------------------
2168  *   10MB       1         5MB
2169  *  100MB       1        50MB
2170  *    1GB       3       250MB
2171  *   10GB      10       0.9GB
2172  *  100GB      31         3GB
2173  *    1TB     101        10GB
2174  *   10TB     320        32GB
2175  */
2176 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file,
2177                                  struct scan_control *sc, bool trace)
2178 {
2179         enum lru_list active_lru = file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE;
2180         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2181         enum lru_list inactive_lru = file * LRU_FILE;
2182         unsigned long inactive, active;
2183         unsigned long inactive_ratio;
2184         unsigned long refaults;
2185         unsigned long gb;
2186
2187         /*
2188          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
2189          * is pointless.
2190          */
2191         if (!file && !total_swap_pages)
2192                 return false;
2193
2194         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, sc->reclaim_idx);
2195         active = lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, sc->reclaim_idx);
2196
2197         /*
2198          * When refaults are being observed, it means a new workingset
2199          * is being established. Disable active list protection to get
2200          * rid of the stale workingset quickly.
2201          */
2202         refaults = lruvec_page_state_local(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2203         if (file && lruvec->refaults != refaults) {
2204                 inactive_ratio = 0;
2205         } else {
2206                 gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2207                 if (gb)
2208                         inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2209                 else
2210                         inactive_ratio = 1;
2211         }
2212
2213         if (trace)
2214                 trace_mm_vmscan_inactive_list_is_low(pgdat->node_id, sc->reclaim_idx,
2215                         lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, MAX_NR_ZONES), inactive,
2216                         lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, MAX_NR_ZONES), active,
2217                         inactive_ratio, file);
2218
2219         return inactive * inactive_ratio < active;
2220 }
2221
2222 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2223                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2224 {
2225         if (is_active_lru(lru)) {
2226                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru), sc, true))
2227                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2228                 return 0;
2229         }
2230
2231         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2232 }
2233
2234 enum scan_balance {
2235         SCAN_EQUAL,
2236         SCAN_FRACT,
2237         SCAN_ANON,
2238         SCAN_FILE,
2239 };
2240
2241 /*
2242  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2243  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2244  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2245  * onto the active list instead of evict.
2246  *
2247  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2248  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2249  */
2250 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
2251                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
2252                            unsigned long *lru_pages)
2253 {
2254         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2255         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2256         u64 fraction[2];
2257         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2258         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2259         unsigned long anon_prio, file_prio;
2260         enum scan_balance scan_balance;
2261         unsigned long anon, file;
2262         unsigned long ap, fp;
2263         enum lru_list lru;
2264
2265         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2266         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2267                 scan_balance = SCAN_FILE;
2268                 goto out;
2269         }
2270
2271         /*
2272          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2273          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2274          * disable swapping for individual groups completely when
2275          * using the memory controller's swap limit feature would be
2276          * too expensive.
2277          */
2278         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2279                 scan_balance = SCAN_FILE;
2280                 goto out;
2281         }
2282
2283         /*
2284          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2285          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2286          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2287          */
2288         if (!sc->priority && swappiness) {
2289                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2290                 goto out;
2291         }
2292
2293         /*
2294          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2295          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2296          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2297          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2298          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2299          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2300          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2301          */
2302         if (global_reclaim(sc)) {
2303                 unsigned long pgdatfile;
2304                 unsigned long pgdatfree;
2305                 int z;
2306                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2307
2308                 pgdatfree = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2309                 pgdatfile = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2310                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2311
2312                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2313                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2314                         if (!managed_zone(zone))
2315                                 continue;
2316
2317                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2318                 }
2319
2320                 if (unlikely(pgdatfile + pgdatfree <= total_high_wmark)) {
2321                         /*
2322                          * Force SCAN_ANON if there are enough inactive
2323                          * anonymous pages on the LRU in eligible zones.
2324                          * Otherwise, the small LRU gets thrashed.
2325                          */
2326                         if (!inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, false) &&
2327                             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, sc->reclaim_idx)
2328                                         >> sc->priority) {
2329                                 scan_balance = SCAN_ANON;
2330                                 goto out;
2331                         }
2332                 }
2333         }
2334
2335         /*
2336          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2337          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2338          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2339          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2340          * Without the second condition we could end up never scanning an
2341          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2342          * system is under heavy pressure.
2343          */
2344         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true, sc, false) &&
2345             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, sc->reclaim_idx) >> sc->priority) {
2346                 scan_balance = SCAN_FILE;
2347                 goto out;
2348         }
2349
2350         scan_balance = SCAN_FRACT;
2351
2352         /*
2353          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2354          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2355          */
2356         anon_prio = swappiness;
2357         file_prio = 200 - anon_prio;
2358
2359         /*
2360          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2361          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2362          * ratios to determine how valuable each cache is.
2363          *
2364          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2365          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2366          * up weighing recent references more than old ones.
2367          *
2368          * anon in [0], file in [1]
2369          */
2370
2371         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES) +
2372                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES);
2373         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES) +
2374                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES);
2375
2376         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2377         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2378                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2379                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2380         }
2381
2382         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2383                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2384                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2385         }
2386
2387         /*
2388          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2389          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2390          * each list that were recently referenced and in active use.
2391          */
2392         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2393         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2394
2395         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2396         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2397         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2398
2399         fraction[0] = ap;
2400         fraction[1] = fp;
2401         denominator = ap + fp + 1;
2402 out:
2403         *lru_pages = 0;
2404         for_each_evictable_lru(lru) {
2405                 int file = is_file_lru(lru);
2406                 unsigned long size;
2407                 unsigned long scan;
2408
2409                 size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2410                 scan = size >> sc->priority;
2411                 /*
2412                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2413                  * scrape out the remaining cache.
2414                  */
2415                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2416                         scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2417
2418                 switch (scan_balance) {
2419                 case SCAN_EQUAL:
2420                         /* Scan lists relative to size */
2421                         break;
2422                 case SCAN_FRACT:
2423                         /*
2424                          * Scan types proportional to swappiness and
2425                          * their relative recent reclaim efficiency.
2426                          * Make sure we don't miss the last page
2427                          * because of a round-off error.
2428                          */
2429                         scan = DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2430                                                   denominator);
2431                         break;
2432                 case SCAN_FILE:
2433                 case SCAN_ANON:
2434                         /* Scan one type exclusively */
2435                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2436                                 size = 0;
2437                                 scan = 0;
2438                         }
2439                         break;
2440                 default:
2441                         /* Look ma, no brain */
2442                         BUG();
2443                 }
2444
2445                 *lru_pages += size;
2446                 nr[lru] = scan;
2447         }
2448 }
2449
2450 /*
2451  * This is a basic per-node page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2452  */
2453 static void shrink_node_memcg(struct pglist_data *pgdat, struct mem_cgroup *memcg,
2454                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2455 {
2456         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2457         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2458         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2459         unsigned long nr_to_scan;
2460         enum lru_list lru;
2461         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2462         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2463         struct blk_plug plug;
2464         bool scan_adjusted;
2465
2466         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2467
2468         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2469         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2470
2471         /*
2472          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2473          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2474          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2475          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2476          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2477          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2478          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2479          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2480          * dropped to zero at the first pass.
2481          */
2482         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2483                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2484
2485         blk_start_plug(&plug);
2486         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2487                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2488                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2489                 unsigned long nr_scanned;
2490
2491                 for_each_evictable_lru(lru) {
2492                         if (nr[lru]) {
2493                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2494                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2495
2496                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2497                                                             lruvec, sc);
2498                         }
2499                 }
2500
2501                 cond_resched();
2502
2503                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2504                         continue;
2505
2506                 /*
2507                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2508                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2509                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2510                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2511                  * proportional to the original scan target.
2512                  */
2513                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2514                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2515
2516                 /*
2517                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2518                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2519                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2520                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2521                  */
2522                 if (!nr_file || !nr_anon)
2523                         break;
2524
2525                 if (nr_file > nr_anon) {
2526                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2527                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2528                         lru = LRU_BASE;
2529                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2530                 } else {
2531                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2532                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2533                         lru = LRU_FILE;
2534                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2535                 }
2536
2537                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2538                 nr[lru] = 0;
2539                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2540
2541                 /*
2542                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2543                  * scan target and the percentage scanning already complete
2544                  */
2545                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2546                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2547                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2548                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2549
2550                 lru += LRU_ACTIVE;
2551                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2552                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2553                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2554
2555                 scan_adjusted = true;
2556         }
2557         blk_finish_plug(&plug);
2558         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2559
2560         /*
2561          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2562          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2563          */
2564         if (inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
2565                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2566                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2567 }
2568
2569 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2570 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2571 {
2572         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2573                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2574                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2575                 return true;
2576
2577         return false;
2578 }
2579
2580 /*
2581  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2582  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2583  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2584  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2585  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2586  */
2587 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2588                                         unsigned long nr_reclaimed,
2589                                         unsigned long nr_scanned,
2590                                         struct scan_control *sc)
2591 {
2592         unsigned long pages_for_compaction;
2593         unsigned long inactive_lru_pages;
2594         int z;
2595
2596         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2597         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2598                 return false;
2599
2600         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2601         if (sc->gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL) {
2602                 /*
2603                  * For __GFP_RETRY_MAYFAIL allocations, stop reclaiming if the
2604                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2605                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2606                  * expensive but a __GFP_RETRY_MAYFAIL caller really wants to succeed
2607                  */
2608                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2609                         return false;
2610         } else {
2611                 /*
2612                  * For non-__GFP_RETRY_MAYFAIL allocations which can presumably
2613                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2614                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2615                  * pages that were scanned. This will return to the
2616                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2617                  * the resulting allocation attempt fails
2618                  */
2619                 if (!nr_reclaimed)
2620                         return false;
2621         }
2622
2623         /*
2624          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2625          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2626          */
2627         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2628         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2629         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2630                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2631         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2632                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2633                 return true;
2634
2635         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2636         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2637                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2638                 if (!managed_zone(zone))
2639                         continue;
2640
2641                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2642                 case COMPACT_SUCCESS:
2643                 case COMPACT_CONTINUE:
2644                         return false;
2645                 default:
2646                         /* check next zone */
2647                         ;
2648                 }
2649         }
2650         return true;
2651 }
2652
2653 static bool pgdat_memcg_congested(pg_data_t *pgdat, struct mem_cgroup *memcg)
2654 {
2655         return test_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags) ||
2656                 (memcg && memcg_congested(pgdat, memcg));
2657 }
2658
2659 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2660 {
2661         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2662         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2663         bool reclaimable = false;
2664
2665         do {
2666                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2667                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2668                         .pgdat = pgdat,
2669                         .priority = sc->priority,
2670                 };
2671                 unsigned long node_lru_pages = 0;
2672                 struct mem_cgroup *memcg;
2673
2674                 memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2675
2676                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2677                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2678
2679                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2680                 do {
2681                         unsigned long lru_pages;
2682                         unsigned long reclaimed;
2683                         unsigned long scanned;
2684
2685                         switch (mem_cgroup_protected(root, memcg)) {
2686                         case MEMCG_PROT_MIN:
2687                                 /*
2688                                  * Hard protection.
2689                                  * If there is no reclaimable memory, OOM.
2690                                  */
2691                                 continue;
2692                         case MEMCG_PROT_LOW:
2693                                 /*
2694                                  * Soft protection.
2695                                  * Respect the protection only as long as
2696                                  * there is an unprotected supply
2697                                  * of reclaimable memory from other cgroups.
2698                                  */
2699                                 if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2700                                         sc->memcg_low_skipped = 1;
2701                                         continue;
2702                                 }
2703                                 memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2704                                 break;
2705                         case MEMCG_PROT_NONE:
2706                                 break;
2707                         }
2708
2709                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2710                         scanned = sc->nr_scanned;
2711                         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, sc, &lru_pages);
2712                         node_lru_pages += lru_pages;
2713
2714                         shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2715                                         sc->priority);
2716
2717                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2718                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2719                                    sc->nr_scanned - scanned,
2720                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2721
2722                         /*
2723                          * Kswapd have to scan all memory cgroups to fulfill
2724                          * the overall scan target for the node.
2725                          *
2726                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2727                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2728                          * retry with decreasing priority if one round over the
2729                          * whole hierarchy is not sufficient.
2730                          */
2731                         if (!current_is_kswapd() &&
2732                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2733                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2734                                 break;
2735                         }
2736                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2737
2738                 if (reclaim_state) {
2739                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2740                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2741                 }
2742
2743                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2744                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2745                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2746                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2747
2748                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2749                         reclaimable = true;
2750
2751                 if (current_is_kswapd()) {
2752                         /*
2753                          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2754                          * it implies that the long-lived page allocation rate
2755                          * is exceeding the page laundering rate. Either the
2756                          * global limits are not being effective at throttling
2757                          * processes due to the page distribution throughout
2758                          * zones or there is heavy usage of a slow backing
2759                          * device. The only option is to throttle from reclaim
2760                          * context which is not ideal as there is no guarantee
2761                          * the dirtying process is throttled in the same way
2762                          * balance_dirty_pages() manages.
2763                          *
2764                          * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2765                          * count the number of pages under pages flagged for
2766                          * immediate reclaim and stall if any are encountered
2767                          * in the nr_immediate check below.
2768                          */
2769                         if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2770                                 set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2771
2772                         /*
2773                          * Tag a node as congested if all the dirty pages
2774                          * scanned were backed by a congested BDI and
2775                          * wait_iff_congested will stall.
2776                          */
2777                         if (sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2778                                 set_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
2779
2780                         /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2781                         if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2782                                 set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2783
2784                         /*
2785                          * If kswapd scans pages marked marked for immediate
2786                          * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2787                          * implies that pages are cycling through the LRU
2788                          * faster than they are written so also forcibly stall.
2789                          */
2790                         if (sc->nr.immediate)
2791                                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2792                 }
2793
2794                 /*
2795                  * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2796                  * stalling in wait_iff_congested().
2797                  */
2798                 if (!global_reclaim(sc) && sane_reclaim(sc) &&
2799                     sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2800                         set_memcg_congestion(pgdat, root, true);
2801
2802                 /*
2803                  * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2804                  * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2805                  * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2806                  * the LRU too quickly.
2807                  */
2808                 if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
2809                    current_may_throttle() && pgdat_memcg_congested(pgdat, root))
2810                         wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2811
2812         } while (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2813                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2814
2815         /*
2816          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2817          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2818          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2819          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2820          */
2821         if (reclaimable)
2822                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2823
2824         return reclaimable;
2825 }
2826
2827 /*
2828  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2829  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2830  * should reclaim first.
2831  */
2832 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2833 {
2834         unsigned long watermark;
2835         enum compact_result suitable;
2836
2837         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2838         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2839                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2840                 return true;
2841         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2842                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2843                 return false;
2844
2845         /*
2846          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2847          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2848          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2849          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2850          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2851          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2852          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2853          */
2854         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2855
2856         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2857 }
2858
2859 /*
2860  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2861  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2862  * request.
2863  *
2864  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2865  * scan then give up on it.
2866  */
2867 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2868 {
2869         struct zoneref *z;
2870         struct zone *zone;
2871         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2872         unsigned long nr_soft_scanned;
2873         gfp_t orig_mask;
2874         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2875
2876         /*
2877          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2878          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2879          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2880          */
2881         orig_mask = sc->gfp_mask;
2882         if (buffer_heads_over_limit) {
2883                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2884                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2885         }
2886
2887         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2888                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2889                 /*
2890                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2891                  * to global LRU.
2892                  */
2893                 if (global_reclaim(sc)) {
2894                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2895                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2896                                 continue;
2897
2898                         /*
2899                          * If we already have plenty of memory free for
2900                          * compaction in this zone, don't free any more.
2901                          * Even though compaction is invoked for any
2902                          * non-zero order, only frequent costly order
2903                          * reclamation is disruptive enough to become a
2904                          * noticeable problem, like transparent huge
2905                          * page allocations.
2906                          */
2907                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2908                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2909                             compaction_ready(zone, sc)) {
2910                                 sc->compaction_ready = true;
2911                                 continue;
2912                         }
2913
2914                         /*
2915                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2916                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2917                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2918                          * the user prefers lower zones being preserved.
2919                          */
2920                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2921                                 continue;
2922
2923                         /*
2924                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2925                          * and returns the number of reclaimed pages and
2926                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2927                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2928                          */
2929                         nr_soft_scanned = 0;
2930                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2931                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2932                                                 &nr_soft_scanned);
2933                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2934                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2935                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2936                 }
2937
2938                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2939                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2940                         continue;
2941                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2942                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2943         }
2944
2945         /*
2946          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2947          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2948          */
2949         sc->gfp_mask = orig_mask;
2950 }
2951
2952 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *root_memcg, pg_data_t *pgdat)
2953 {
2954         struct mem_cgroup *memcg;
2955
2956         memcg = mem_cgroup_iter(root_memcg, NULL, NULL);
2957         do {
2958                 unsigned long refaults;
2959                 struct lruvec *lruvec;
2960
2961                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2962                 refaults = lruvec_page_state_local(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2963                 lruvec->refaults = refaults;
2964         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root_memcg, memcg, NULL)));
2965 }
2966
2967 /*
2968  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2969  *
2970  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2971  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2972  *
2973  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2974  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2975  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2976  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2977  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2978  * work, and the allocation attempt will fail.
2979  *
2980  * returns:     0, if no pages reclaimed
2981  *              else, the number of pages reclaimed
2982  */
2983 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2984                                           struct scan_control *sc)
2985 {
2986         int initial_priority = sc->priority;
2987         pg_data_t *last_pgdat;
2988         struct zoneref *z;
2989         struct zone *zone;
2990 retry:
2991         delayacct_freepages_start();
2992
2993         if (global_reclaim(sc))
2994                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
2995
2996         do {
2997                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2998                                 sc->priority);
2999                 sc->nr_scanned = 0;
3000                 shrink_zones(zonelist, sc);
3001
3002                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3003                         break;
3004
3005                 if (sc->compaction_ready)
3006                         break;
3007
3008                 /*
3009                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3010                  * writepage even in laptop mode.
3011                  */
3012                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3013                         sc->may_writepage = 1;
3014         } while (--sc->priority >= 0);
3015
3016         last_pgdat = NULL;
3017         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3018                                         sc->nodemask) {
3019                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3020                         continue;
3021                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3022                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3023                 set_memcg_congestion(last_pgdat, sc->target_mem_cgroup, false);
3024         }
3025
3026         delayacct_freepages_end();
3027
3028         if (sc->nr_reclaimed)
3029                 return sc->nr_reclaimed;
3030
3031         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3032         if (sc->compaction_ready)
3033                 return 1;
3034
3035         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3036         if (sc->memcg_low_skipped) {
3037                 sc->priority = initial_priority;
3038                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3039                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3040                 goto retry;
3041         }
3042
3043         return 0;
3044 }
3045
3046 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3047 {
3048         struct zone *zone;
3049         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3050         unsigned long free_pages = 0;
3051         int i;
3052         bool wmark_ok;
3053
3054         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3055                 return true;
3056
3057         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3058                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3059                 if (!managed_zone(zone))
3060                         continue;
3061
3062                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3063                         continue;
3064
3065                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3066                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3067         }
3068
3069         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3070         if (!pfmemalloc_reserve)
3071                 return true;
3072
3073         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3074
3075         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3076         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3077                 pgdat->kswapd_classzone_idx = min(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3078                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
3079                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3080         }
3081
3082         return wmark_ok;
3083 }
3084
3085 /*
3086  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3087  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3088  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3089  * when the low watermark is reached.
3090  *
3091  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3092  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3093  */
3094 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3095                                         nodemask_t *nodemask)
3096 {
3097         struct zoneref *z;
3098         struct zone *zone;
3099         pg_data_t *pgdat = NULL;
3100
3101         /*
3102          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3103          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3104          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3105          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3106          * processes to block on log_wait_commit().
3107          */
3108         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3109                 goto out;
3110
3111         /*
3112          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3113          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3114          */
3115         if (fatal_signal_pending(current))
3116                 goto out;
3117
3118         /*
3119          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3120          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3121          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3122          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3123          *
3124          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3125          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3126          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3127          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3128          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3129          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3130          * should make reasonable progress.
3131          */
3132         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3133                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3134                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3135                         continue;
3136
3137                 /* Throttle based on the first usable node */
3138                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3139                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3140                         goto out;
3141                 break;
3142         }
3143
3144         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3145         if (!pgdat)
3146                 goto out;
3147
3148         /* Account for the throttling */
3149         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3150
3151         /*
3152          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3153          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3154          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3155          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3156          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3157          * second before continuing.
3158          */
3159         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3160                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3161                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3162
3163                 goto check_pending;
3164         }
3165
3166         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3167         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3168                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3169
3170 check_pending:
3171         if (fatal_signal_pending(current))
3172                 return true;
3173
3174 out:
3175         return false;
3176 }
3177
3178 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3179                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3180 {
3181         unsigned long nr_reclaimed;
3182         struct scan_control sc = {
3183                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3184                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3185                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3186                 .order = order,
3187                 .nodemask = nodemask,
3188                 .priority = DEF_PRIORITY,
3189                 .may_writepage = !laptop_mode,
3190                 .may_unmap = 1,
3191                 .may_swap = 1,
3192         };
3193
3194         /*
3195          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3196          * Confirm they are large enough for max values.
3197          */
3198         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3199         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3200         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3201
3202         /*
3203          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3204          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3205          * point.
3206          */
3207         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3208                 return 1;
3209
3210         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3211         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3212
3213         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3214
3215         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3216         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3217
3218         return nr_reclaimed;
3219 }
3220
3221 #ifdef CONFIG_MEMCG
3222
3223 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3224 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3225                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3226                                                 pg_data_t *pgdat,
3227                                                 unsigned long *nr_scanned)
3228 {
3229         struct scan_control sc = {
3230                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3231                 .target_mem_cgroup = memcg,
3232                 .may_writepage = !laptop_mode,
3233                 .may_unmap = 1,
3234                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3235                 .may_swap = !noswap,
3236         };
3237         unsigned long lru_pages;
3238
3239         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3240
3241         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3242                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3243
3244         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3245                                                       sc.gfp_mask);
3246
3247         /*
3248          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3249          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3250          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3251          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3252          * the priority and make it zero.
3253          */
3254         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, &sc, &lru_pages);
3255
3256         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3257
3258         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3259
3260         return sc.nr_reclaimed;
3261 }
3262
3263 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3264                                            unsigned long nr_pages,
3265                                            gfp_t gfp_mask,
3266                                            bool may_swap)
3267 {
3268         struct zonelist *zonelist;
3269         unsigned long nr_reclaimed;
3270         unsigned long pflags;
3271         int nid;
3272         unsigned int noreclaim_flag;
3273         struct scan_control sc = {
3274                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3275                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3276                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3277                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3278                 .target_mem_cgroup = memcg,
3279                 .priority = DEF_PRIORITY,
3280                 .may_writepage = !laptop_mode,
3281                 .may_unmap = 1,
3282                 .may_swap = may_swap,
3283         };
3284
3285         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3286         /*
3287          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
3288          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
3289          * scan does not need to be the current node.
3290          */
3291         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
3292
3293         zonelist = &NODE_DATA(nid)->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
3294
3295         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3296
3297         psi_memstall_enter(&pflags);
3298         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3299
3300         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3301
3302         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3303         psi_memstall_leave(&pflags);
3304
3305         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3306         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3307
3308         return nr_reclaimed;
3309 }
3310 #endif
3311
3312 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3313                                 struct scan_control *sc)
3314 {
3315         struct mem_cgroup *memcg;
3316
3317         if (!total_swap_pages)
3318                 return;
3319
3320         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3321         do {
3322                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
3323
3324                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
3325                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3326                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3327
3328                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3329         } while (memcg);
3330 }
3331
3332 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int classzone_idx)
3333 {
3334         int i;
3335         struct zone *zone;
3336
3337         /*
3338          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3339          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3340          * should not be checked at the time time as reclaim would
3341          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3342          * zone is balanced.
3343          */
3344         for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3345                 zone = pgdat->node_zones + i;
3346                 if (!managed_zone(zone))
3347                         continue;
3348
3349                 if (zone->watermark_boost)
3350                         return true;
3351         }
3352
3353         return false;
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3358  * and classzone_idx
3359  */
3360 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3361 {
3362         int i;
3363         unsigned long mark = -1;
3364         struct zone *zone;
3365
3366         /*
3367          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3368          * meet watermarks.
3369          */
3370         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3371                 zone = pgdat->node_zones + i;
3372
3373                 if (!managed_zone(zone))
3374                         continue;
3375
3376                 mark = high_wmark_pages(zone);
3377                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3378                         return true;
3379         }
3380
3381         /*
3382          * If a node has no populated zone within classzone_idx, it does not
3383          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3384          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3385          */
3386         if (mark == -1)
3387                 return true;
3388
3389         return false;
3390 }
3391
3392 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3393 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3394 {
3395         clear_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
3396         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3397         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3398 }
3399
3400 /*
3401  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3402  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3403  *
3404  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3405  */
3406 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3407 {
3408         /*
3409          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3410          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3411          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3412          * throttled. There is also a potential race if processes get
3413          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3414          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3415          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3416          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3417          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3418          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3419          * that here we are under prepare_to_wait().
3420          */
3421         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3422                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3423
3424         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3425         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3426                 return true;
3427
3428         if (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx)) {
3429                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3430                 return true;
3431         }
3432
3433         return false;
3434 }
3435
3436 /*
3437  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3438  * zone that is currently unbalanced.
3439  *
3440  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3441  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3442  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3443  */
3444 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3445                                struct scan_control *sc)
3446 {
3447         struct zone *zone;
3448         int z;
3449
3450         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3451         sc->nr_to_reclaim = 0;
3452         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3453                 zone = pgdat->node_zones + z;
3454                 if (!managed_zone(zone))
3455                         continue;
3456
3457                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3458         }
3459
3460         /*
3461          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3462          * now pressure is applied based on node LRU order.
3463          */
3464         shrink_node(pgdat, sc);
3465
3466         /*
3467          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3468          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3469          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3470          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3471          * can direct reclaim/compact.
3472          */
3473         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3474                 sc->order = 0;
3475
3476         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3477 }
3478
3479 /*
3480  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3481  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3482  * balanced.
3483  *
3484  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3485  *
3486  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3487  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3488  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3489  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3490  * balanced.
3491  */
3492 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3493 {
3494         int i;
3495         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3496         unsigned long nr_soft_scanned;
3497         unsigned long pflags;
3498         unsigned long nr_boost_reclaim;
3499         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3500         bool boosted;
3501         struct zone *zone;
3502         struct scan_control sc = {
3503                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3504                 .order = order,
3505                 .may_unmap = 1,
3506         };
3507
3508         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3509         psi_memstall_enter(&pflags);
3510         __fs_reclaim_acquire();
3511
3512         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3513
3514         /*
3515          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3516          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3517          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3518          */
3519         nr_boost_reclaim = 0;
3520         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3521                 zone = pgdat->node_zones + i;
3522                 if (!managed_zone(zone))
3523                         continue;
3524
3525                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3526                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3527         }
3528         boosted = nr_boost_reclaim;
3529
3530 restart:
3531         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3532         do {
3533                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3534                 bool raise_priority = true;
3535                 bool balanced;
3536                 bool ret;
3537
3538                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3539
3540                 /*
3541                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3542                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3543                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3544                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3545                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3546                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3547                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3548                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3549                  */
3550                 if (buffer_heads_over_limit) {
3551                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3552                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3553                                 if (!managed_zone(zone))
3554                                         continue;
3555
3556                                 sc.reclaim_idx = i;
3557                                 break;
3558                         }
3559                 }
3560
3561                 /*
3562                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3563                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3564                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3565                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3566                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3567                  */
3568                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, classzone_idx);
3569                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3570                         nr_boost_reclaim = 0;
3571                         goto restart;
3572                 }
3573
3574                 /*
3575                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3576                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3577                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3578                  */
3579                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3580                         goto out;
3581
3582                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3583                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3584                         raise_priority = false;
3585
3586                 /*
3587                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3588                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3589                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3590                  * reclaim will be aborted.
3591                  */
3592                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3593                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3594
3595                 /*
3596                  * Do some background aging of the anon list, to give
3597                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3598                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3599                  * about consistent aging.
3600                  */
3601                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3602
3603                 /*
3604                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3605                  * even in laptop mode.
3606                  */
3607                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3608                         sc.may_writepage = 1;
3609
3610                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3611                 sc.nr_scanned = 0;
3612                 nr_soft_scanned = 0;
3613                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3614                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3615                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3616
3617                 /*
3618                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3619                  * enough pages are already being scanned that that high
3620                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3621                  */
3622                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3623                         raise_priority = false;
3624
3625                 /*
3626                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3627                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3628                  * able to safely make forward progress. Wake them
3629                  */
3630                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3631                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3632                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3633
3634                 /* Check if kswapd should be suspending */
3635                 __fs_reclaim_release();
3636                 ret = try_to_freeze();
3637                 __fs_reclaim_acquire();
3638                 if (ret || kthread_should_stop())
3639                         break;
3640
3641                 /*
3642                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3643                  * progress in reclaiming pages
3644                  */
3645                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3646                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3647
3648                 /*
3649                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3650                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3651                  * extreme circumstances.
3652                  */
3653                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3654                         break;
3655
3656                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3657                         sc.priority--;
3658         } while (sc.priority >= 1);
3659
3660         if (!sc.nr_reclaimed)
3661                 pgdat->kswapd_failures++;
3662
3663 out:
3664         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3665         if (boosted) {
3666                 unsigned long flags;
3667
3668                 for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3669                         if (!zone_boosts[i])
3670                                 continue;
3671
3672                         /* Increments are under the zone lock */
3673                         zone = pgdat->node_zones + i;
3674                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3675                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3676                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3677                 }
3678
3679                 /*
3680                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3681                  * pageblocks.
3682                  */
3683                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, classzone_idx);
3684         }
3685
3686         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3687         __fs_reclaim_release();
3688         psi_memstall_leave(&pflags);
3689         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3690
3691         /*
3692          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3693          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3694          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3695          * remain at the higher level.
3696          */
3697         return sc.order;
3698 }
3699
3700 /*
3701  * The pgdat->kswapd_classzone_idx is used to pass the highest zone index to be
3702  * reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is not
3703  * a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't sleep
3704  * after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that case
3705  * return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3706  */
3707 static enum zone_type kswapd_classzone_idx(pg_data_t *pgdat,
3708                                            enum zone_type prev_classzone_idx)
3709 {
3710         if (pgdat->kswapd_classzone_idx == MAX_NR_ZONES)
3711                 return prev_classzone_idx;
3712         return pgdat->kswapd_classzone_idx;
3713 }
3714
3715 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3716                                 unsigned int classzone_idx)
3717 {
3718         long remaining = 0;
3719         DEFINE_WAIT(wait);
3720
3721         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3722                 return;
3723
3724         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3725
3726         /*
3727          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3728          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3729          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3730          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3731          * succeed.
3732          */
3733         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3734                 /*
3735                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3736                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3737                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3738                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3739                  */
3740                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3741
3742                 /*
3743                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3744                  * allocation of the requested order possible.
3745                  */
3746                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3747
3748                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3749
3750                 /*
3751                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3752                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3753                  * the previous request that slept prematurely.
3754                  */
3755                 if (remaining) {
3756                         pgdat->kswapd_classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3757                         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3758                 }
3759
3760                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3761                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3762         }
3763
3764         /*
3765          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3766          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3767          */
3768         if (!remaining &&
3769             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3770                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3771
3772                 /*
3773                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3774                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3775                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3776                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3777                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3778                  * them before going back to sleep.
3779                  */
3780                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3781
3782                 if (!kthread_should_stop())
3783                         schedule();
3784
3785                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3786         } else {
3787                 if (remaining)
3788                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3789                 else
3790                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3791         }
3792         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3793 }
3794
3795 /*
3796  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3797  * from the init process.
3798  *
3799  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3800  * free memory available even if there is no other activity
3801  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3802  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3803  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3804  *
3805  * If there are applications that are active memory-allocators
3806  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3807  */
3808 static int kswapd(void *p)
3809 {
3810         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3811         unsigned int classzone_idx = MAX_NR_ZONES - 1;
3812         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3813         struct task_struct *tsk = current;
3814         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3815
3816         if (!cpumask_empty(cpumask))
3817                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3818
3819         /*
3820          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3821          * and that if we need more memory we should get access to it
3822          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3823          * never get caught in the normal page freeing logic.
3824          *
3825          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3826          * you need a small amount of memory in order to be able to
3827          * page out something else, and this flag essentially protects
3828          * us from recursively trying to free more memory as we're
3829          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3830          */
3831         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3832         set_freezable();
3833
3834         pgdat->kswapd_order = 0;
3835         pgdat->kswapd_classzone_idx = MAX_NR_ZONES;
3836         for ( ; ; ) {
3837                 bool ret;
3838
3839                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3840                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3841
3842 kswapd_try_sleep:
3843                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3844                                         classzone_idx);
3845
3846                 /* Read the new order and classzone_idx */
3847                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3848                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3849                 pgdat->kswapd_order = 0;
3850                 pgdat->kswapd_classzone_idx = MAX_NR_ZONES;
3851
3852                 ret = try_to_freeze();
3853                 if (kthread_should_stop())
3854                         break;
3855
3856                 /*
3857                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3858                  * after returning from the refrigerator
3859                  */
3860                 if (ret)
3861                         continue;
3862
3863                 /*
3864                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3865                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3866                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3867                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3868                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3869                  * request (alloc_order).
3870                  */
3871                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3872                                                 alloc_order);
3873                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3874                 if (reclaim_order < alloc_order)
3875                         goto kswapd_try_sleep;
3876         }
3877
3878         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3879
3880         return 0;
3881 }
3882
3883 /*
3884  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3885  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3886  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3887  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3888  * needed.
3889  */
3890 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3891                    enum zone_type classzone_idx)
3892 {
3893         pg_data_t *pgdat;
3894
3895         if (!managed_zone(zone))
3896                 return;
3897
3898         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3899                 return;
3900         pgdat = zone->zone_pgdat;
3901
3902         if (pgdat->kswapd_classzone_idx == MAX_NR_ZONES)
3903                 pgdat->kswapd_classzone_idx = classzone_idx;
3904         else
3905                 pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3906                                                   classzone_idx);
3907         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, order);
3908         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3909                 return;
3910
3911         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3912         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3913             (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx) &&
3914              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, classzone_idx))) {
3915                 /*
3916                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3917                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3918                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3919                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3920                  * ratelimit its work.
3921                  */
3922                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3923                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3924                 return;
3925         }
3926
3927         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, classzone_idx, order,
3928                                       gfp_flags);
3929         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3930 }
3931
3932 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3933 /*
3934  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3935  * freed pages.
3936  *
3937  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3938  * LRU order by reclaiming preferentially
3939  * inactive > active > active referenced > active mapped
3940  */
3941 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3942 {
3943         struct scan_control sc = {
3944                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3945                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3946                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3947                 .priority = DEF_PRIORITY,
3948                 .may_writepage = 1,
3949                 .may_unmap = 1,
3950                 .may_swap = 1,
3951                 .hibernation_mode = 1,
3952         };
3953         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3954         unsigned long nr_reclaimed;
3955         unsigned int noreclaim_flag;
3956
3957         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
3958         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3959         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3960
3961         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3962
3963         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3964         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3965         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
3966
3967         return nr_reclaimed;
3968 }
3969 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3970
3971 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3972    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3973    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3974    restore their cpu bindings. */
3975 static int kswapd_cpu_online(unsigned int cpu)
3976 {
3977         int nid;
3978
3979         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3980                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3981                 const struct cpumask *mask;
3982
3983                 mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3984
3985                 if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3986                         /* One of our CPUs online: restore mask */
3987                         set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3988         }
3989         return 0;
3990 }
3991
3992 /*
3993  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3994  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3995  */
3996 int kswapd_run(int nid)
3997 {
3998         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3999         int ret = 0;
4000
4001         if (pgdat->kswapd)
4002                 return 0;
4003
4004         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4005         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4006                 /* failure at boot is fatal */
4007                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4008                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4009                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4010                 pgdat->kswapd = NULL;
4011         }
4012         return ret;
4013 }
4014
4015 /*
4016  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4017  * hold mem_hotplug_begin/end().
4018  */
4019 void kswapd_stop(int nid)
4020 {
4021         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4022
4023         if (kswapd) {
4024                 kthread_stop(kswapd);
4025                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4026         }
4027 }
4028
4029 static int __init kswapd_init(void)
4030 {
4031         int nid, ret;
4032
4033         swap_setup();
4034         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4035                 kswapd_run(nid);
4036         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_AP_ONLINE_DYN,
4037                                         "mm/vmscan:online", kswapd_cpu_online,
4038                                         NULL);
4039         WARN_ON(ret < 0);
4040         return 0;
4041 }
4042
4043 module_init(kswapd_init)
4044
4045 #ifdef CONFIG_NUMA
4046 /*
4047  * Node reclaim mode
4048  *
4049  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4050  * the watermarks.
4051  */
4052 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4053
4054 #define RECLAIM_OFF 0
4055 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
4056 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
4057 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
4058
4059 /*
4060  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4061  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4062  * a zone.
4063  */
4064 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4065
4066 /*
4067  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4068  * occur.
4069  */
4070 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4071
4072 /*
4073  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4074  * slab reclaim needs to occur.
4075  */
4076 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4077
4078 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4079 {
4080         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4081         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4082                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4083
4084         /*
4085          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4086          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4087          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4088          */
4089         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4090 }
4091
4092 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4093 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4094 {
4095         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4096         unsigned long delta = 0;
4097
4098         /*
4099          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4100          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4101          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4102          * a better estimate
4103          */
4104         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4105                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4106         else
4107                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4108
4109         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4110         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4111                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4112
4113         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4114         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4115                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4116
4117         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4118 }
4119
4120 /*
4121  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4122  */
4123 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4124 {
4125         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4126         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4127         struct task_struct *p = current;
4128         unsigned int noreclaim_flag;
4129         struct scan_control sc = {
4130                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4131                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4132                 .order = order,
4133                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4134                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4135                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4136                 .may_swap = 1,
4137                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4138         };
4139
4140         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4141                                            sc.gfp_mask);
4142
4143         cond_resched();
4144         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4145         /*
4146          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4147          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4148          * and RECLAIM_UNMAP.
4149          */
4150         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4151         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4152         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4153
4154         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4155                 /*
4156                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4157                  * priorities until we have enough memory freed.
4158                  */
4159                 do {
4160                         shrink_node(pgdat, &sc);
4161                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4162         }
4163
4164         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4165         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4166         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4167         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4168
4169         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4170
4171         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4172 }
4173
4174 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4175 {
4176         int ret;
4177
4178         /*
4179          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4180          * slab pages if we are over the defined limits.
4181          *
4182          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4183          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4184          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4185          * if less than a specified percentage of the node is used by
4186          * unmapped file backed pages.
4187          */
4188         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4189             node_page_state(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
4190                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4191
4192         /*
4193          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4194          */
4195         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4196                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4197
4198         /*
4199          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4200          * have associated processors. This will favor the local processor
4201          * over remote processors and spread off node memory allocations
4202          * as wide as possible.
4203          */
4204         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4205                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4206
4207         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4208                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4209
4210         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4211         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4212
4213         if (!ret)
4214                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4215
4216         return ret;
4217 }
4218 #endif
4219
4220 /*
4221  * page_evictable - test whether a page is evictable
4222  * @page: the page to test
4223  *
4224  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
4225  * lists vs unevictable list.
4226  *
4227  * Reasons page might not be evictable:
4228  * (1) page's mapping marked unevictable
4229  * (2) page is part of an mlocked VMA
4230  *
4231  */
4232 int page_evictable(struct page *page)
4233 {
4234         int ret;
4235
4236         /* Prevent address_space of inode and swap cache from being freed */
4237         rcu_read_lock();
4238         ret = !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
4239         rcu_read_unlock();
4240         return ret;
4241 }
4242
4243 /**
4244  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4245  * appropriate zone lru list
4246  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4247  *
4248  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4249  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4250  * should be only used for lru pages.
4251  */
4252 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4253 {
4254         struct lruvec *lruvec;
4255         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4256         int pgscanned = 0;
4257         int pgrescued = 0;
4258         int i;
4259
4260         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4261                 struct page *page = pvec->pages[i];
4262                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4263
4264                 pgscanned++;
4265                 if (pagepgdat != pgdat) {
4266                         if (pgdat)
4267                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4268                         pgdat = pagepgdat;
4269                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4270                 }
4271                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4272
4273                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4274                         continue;
4275
4276                 if (page_evictable(page)) {
4277                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4278
4279                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4280                         ClearPageUnevictable(page);
4281                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4282                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4283                         pgrescued++;
4284                 }
4285         }
4286
4287         if (pgdat) {
4288                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4289                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4290                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4291         }
4292 }
4293 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);