Linux 6.9-rc4
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/migrate.h>
45 #include <linux/delayacct.h>
46 #include <linux/sysctl.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53
54 #include <asm/tlbflush.h>
55 #include <asm/div64.h>
56
57 #include <linux/swapops.h>
58 #include <linux/balloon_compaction.h>
59
60 #include "internal.h"
61
62 #define CREATE_TRACE_POINTS
63 #include <trace/events/vmscan.h>
64
65 struct scan_control {
66         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
67         unsigned long nr_to_reclaim;
68
69         /*
70          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
71          * are scanned.
72          */
73         nodemask_t      *nodemask;
74
75         /*
76          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
77          * primary target of this reclaim invocation.
78          */
79         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
80
81         /*
82          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
83          */
84         unsigned long   anon_cost;
85         unsigned long   file_cost;
86
87         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
88 #define DEACTIVATE_ANON 1
89 #define DEACTIVATE_FILE 2
90         unsigned int may_deactivate:2;
91         unsigned int force_deactivate:1;
92         unsigned int skipped_deactivate:1;
93
94         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
95         unsigned int may_writepage:1;
96
97         /* Can mapped pages be reclaimed? */
98         unsigned int may_unmap:1;
99
100         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
101         unsigned int may_swap:1;
102
103         /*
104          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
105          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
106          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
107          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
108          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
109          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
110          */
111         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
112         unsigned int memcg_low_skipped:1;
113
114         unsigned int hibernation_mode:1;
115
116         /* One of the zones is ready for compaction */
117         unsigned int compaction_ready:1;
118
119         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
120         unsigned int cache_trim_mode:1;
121
122         /* The file pages on the current node are dangerously low */
123         unsigned int file_is_tiny:1;
124
125         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
126         unsigned int no_demotion:1;
127
128         /* Allocation order */
129         s8 order;
130
131         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
132         s8 priority;
133
134         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
135         s8 reclaim_idx;
136
137         /* This context's GFP mask */
138         gfp_t gfp_mask;
139
140         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
141         unsigned long nr_scanned;
142
143         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
144         unsigned long nr_reclaimed;
145
146         struct {
147                 unsigned int dirty;
148                 unsigned int unqueued_dirty;
149                 unsigned int congested;
150                 unsigned int writeback;
151                 unsigned int immediate;
152                 unsigned int file_taken;
153                 unsigned int taken;
154         } nr;
155
156         /* for recording the reclaimed slab by now */
157         struct reclaim_state reclaim_state;
158 };
159
160 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
161 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
162         do {                                                            \
163                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
164                         struct page *prev;                              \
165                                                                         \
166                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
167                         prefetchw(&prev->_field);                       \
168                 }                                                       \
169         } while (0)
170 #else
171 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
172 #endif
173
174 /*
175  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
176  */
177 int vm_swappiness = 60;
178
179 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
180                                    struct reclaim_state *rs)
181 {
182         /* Check for an overwrite */
183         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
184
185         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
186         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
187
188         task->reclaim_state = rs;
189 }
190
191 static LIST_HEAD(shrinker_list);
192 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
193
194 #ifdef CONFIG_MEMCG
195 static int shrinker_nr_max;
196
197 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
198 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
199 {
200         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
201 }
202
203 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
204 {
205         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
206 }
207
208 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
209                                                      int nid)
210 {
211         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
212                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
213 }
214
215 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
216                                     int map_size, int defer_size,
217                                     int old_map_size, int old_defer_size)
218 {
219         struct shrinker_info *new, *old;
220         struct mem_cgroup_per_node *pn;
221         int nid;
222         int size = map_size + defer_size;
223
224         for_each_node(nid) {
225                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
226                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
227                 /* Not yet online memcg */
228                 if (!old)
229                         return 0;
230
231                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
232                 if (!new)
233                         return -ENOMEM;
234
235                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
236                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
237
238                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
239                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
240                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
241                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
242                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
243                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
244                        defer_size - old_defer_size);
245
246                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
247                 kvfree_rcu(old, rcu);
248         }
249
250         return 0;
251 }
252
253 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
254 {
255         struct mem_cgroup_per_node *pn;
256         struct shrinker_info *info;
257         int nid;
258
259         for_each_node(nid) {
260                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
261                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
262                 kvfree(info);
263                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
264         }
265 }
266
267 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
268 {
269         struct shrinker_info *info;
270         int nid, size, ret = 0;
271         int map_size, defer_size = 0;
272
273         down_write(&shrinker_rwsem);
274         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
275         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
276         size = map_size + defer_size;
277         for_each_node(nid) {
278                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
279                 if (!info) {
280                         free_shrinker_info(memcg);
281                         ret = -ENOMEM;
282                         break;
283                 }
284                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
285                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
286                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
287         }
288         up_write(&shrinker_rwsem);
289
290         return ret;
291 }
292
293 static inline bool need_expand(int nr_max)
294 {
295         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
296                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
297 }
298
299 static int expand_shrinker_info(int new_id)
300 {
301         int ret = 0;
302         int new_nr_max = new_id + 1;
303         int map_size, defer_size = 0;
304         int old_map_size, old_defer_size = 0;
305         struct mem_cgroup *memcg;
306
307         if (!need_expand(new_nr_max))
308                 goto out;
309
310         if (!root_mem_cgroup)
311                 goto out;
312
313         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
314
315         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
316         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
317         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
318         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
319
320         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
321         do {
322                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
323                                                old_map_size, old_defer_size);
324                 if (ret) {
325                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
326                         goto out;
327                 }
328         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
329 out:
330         if (!ret)
331                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
332
333         return ret;
334 }
335
336 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
337 {
338         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
339                 struct shrinker_info *info;
340
341                 rcu_read_lock();
342                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
343                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
344                 smp_mb__before_atomic();
345                 set_bit(shrinker_id, info->map);
346                 rcu_read_unlock();
347         }
348 }
349
350 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
351
352 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
353 {
354         int id, ret = -ENOMEM;
355
356         if (mem_cgroup_disabled())
357                 return -ENOSYS;
358
359         down_write(&shrinker_rwsem);
360         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
361         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
362         if (id < 0)
363                 goto unlock;
364
365         if (id >= shrinker_nr_max) {
366                 if (expand_shrinker_info(id)) {
367                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
368                         goto unlock;
369                 }
370         }
371         shrinker->id = id;
372         ret = 0;
373 unlock:
374         up_write(&shrinker_rwsem);
375         return ret;
376 }
377
378 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
379 {
380         int id = shrinker->id;
381
382         BUG_ON(id < 0);
383
384         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
385
386         idr_remove(&shrinker_idr, id);
387 }
388
389 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
390                                    struct mem_cgroup *memcg)
391 {
392         struct shrinker_info *info;
393
394         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
395         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
396 }
397
398 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
399                                   struct mem_cgroup *memcg)
400 {
401         struct shrinker_info *info;
402
403         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
404         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
405 }
406
407 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
408 {
409         int i, nid;
410         long nr;
411         struct mem_cgroup *parent;
412         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
413
414         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
415         if (!parent)
416                 parent = root_mem_cgroup;
417
418         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
419         down_read(&shrinker_rwsem);
420         for_each_node(nid) {
421                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
422                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
423                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
424                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
425                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
426                 }
427         }
428         up_read(&shrinker_rwsem);
429 }
430
431 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
432 {
433         return sc->target_mem_cgroup;
434 }
435
436 /**
437  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
438  * @sc: scan_control in question
439  *
440  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
441  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
442  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
443  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
444  * allocation and configurability.
445  *
446  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
447  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
448  */
449 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
450 {
451         if (!cgroup_reclaim(sc))
452                 return true;
453 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
454         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
455                 return true;
456 #endif
457         return false;
458 }
459 #else
460 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
461 {
462         return -ENOSYS;
463 }
464
465 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
466 {
467 }
468
469 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
470                                    struct mem_cgroup *memcg)
471 {
472         return 0;
473 }
474
475 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
476                                   struct mem_cgroup *memcg)
477 {
478         return 0;
479 }
480
481 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
482 {
483         return false;
484 }
485
486 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
487 {
488         return true;
489 }
490 #endif
491
492 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
493                              struct shrink_control *sc)
494 {
495         int nid = sc->nid;
496
497         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
498                 nid = 0;
499
500         if (sc->memcg &&
501             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
502                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
503                                               sc->memcg);
504
505         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
506 }
507
508
509 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
510                             struct shrink_control *sc)
511 {
512         int nid = sc->nid;
513
514         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
515                 nid = 0;
516
517         if (sc->memcg &&
518             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
519                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
520                                              sc->memcg);
521
522         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
523 }
524
525 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
526 {
527         if (!numa_demotion_enabled)
528                 return false;
529         if (sc) {
530                 if (sc->no_demotion)
531                         return false;
532                 /* It is pointless to do demotion in memcg reclaim */
533                 if (cgroup_reclaim(sc))
534                         return false;
535         }
536         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
537                 return false;
538
539         return true;
540 }
541
542 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
543                                           int nid,
544                                           struct scan_control *sc)
545 {
546         if (memcg == NULL) {
547                 /*
548                  * For non-memcg reclaim, is there
549                  * space in any swap device?
550                  */
551                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
552                         return true;
553         } else {
554                 /* Is the memcg below its swap limit? */
555                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
556                         return true;
557         }
558
559         /*
560          * The page can not be swapped.
561          *
562          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
563          */
564         return can_demote(nid, sc);
565 }
566
567 /*
568  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
569  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
570  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
571  */
572 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
573 {
574         unsigned long nr;
575
576         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
577                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
578         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
579                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
580                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
581
582         return nr;
583 }
584
585 /**
586  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
587  * @lruvec: lru vector
588  * @lru: lru to use
589  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
590  */
591 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
592                                      int zone_idx)
593 {
594         unsigned long size = 0;
595         int zid;
596
597         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
598                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
599
600                 if (!managed_zone(zone))
601                         continue;
602
603                 if (!mem_cgroup_disabled())
604                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
605                 else
606                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
607         }
608         return size;
609 }
610
611 /*
612  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
613  */
614 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
615 {
616         unsigned int size;
617         int err;
618
619         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
620                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
621                 if (err != -ENOSYS)
622                         return err;
623
624                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
625         }
626
627         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
628         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
629                 size *= nr_node_ids;
630
631         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
632         if (!shrinker->nr_deferred)
633                 return -ENOMEM;
634
635         return 0;
636 }
637
638 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
639 {
640         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
641                 down_write(&shrinker_rwsem);
642                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
643                 up_write(&shrinker_rwsem);
644                 return;
645         }
646
647         kfree(shrinker->nr_deferred);
648         shrinker->nr_deferred = NULL;
649 }
650
651 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
652 {
653         down_write(&shrinker_rwsem);
654         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
655         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
656         up_write(&shrinker_rwsem);
657 }
658
659 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
660 {
661         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
662
663         if (err)
664                 return err;
665         register_shrinker_prepared(shrinker);
666         return 0;
667 }
668 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
669
670 /*
671  * Remove one
672  */
673 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
674 {
675         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
676                 return;
677
678         down_write(&shrinker_rwsem);
679         list_del(&shrinker->list);
680         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
681         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
682                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
683         up_write(&shrinker_rwsem);
684
685         kfree(shrinker->nr_deferred);
686         shrinker->nr_deferred = NULL;
687 }
688 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
689
690 /**
691  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
692  *
693  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
694  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
695  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
696  * rcu.
697  */
698 void synchronize_shrinkers(void)
699 {
700         down_write(&shrinker_rwsem);
701         up_write(&shrinker_rwsem);
702 }
703 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
704
705 #define SHRINK_BATCH 128
706
707 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
708                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
709 {
710         unsigned long freed = 0;
711         unsigned long long delta;
712         long total_scan;
713         long freeable;
714         long nr;
715         long new_nr;
716         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
717                                           : SHRINK_BATCH;
718         long scanned = 0, next_deferred;
719
720         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
721         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
722                 return freeable;
723
724         /*
725          * copy the current shrinker scan count into a local variable
726          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
727          * don't also do this scanning work.
728          */
729         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
730
731         if (shrinker->seeks) {
732                 delta = freeable >> priority;
733                 delta *= 4;
734                 do_div(delta, shrinker->seeks);
735         } else {
736                 /*
737                  * These objects don't require any IO to create. Trim
738                  * them aggressively under memory pressure to keep
739                  * them from causing refetches in the IO caches.
740                  */
741                 delta = freeable / 2;
742         }
743
744         total_scan = nr >> priority;
745         total_scan += delta;
746         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
747
748         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
749                                    freeable, delta, total_scan, priority);
750
751         /*
752          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
753          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
754          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
755          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
756          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
757          * objects spread over several slabs with usage less than the
758          * batch_size.
759          *
760          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
761          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
762          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
763          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
764          * possible.
765          */
766         while (total_scan >= batch_size ||
767                total_scan >= freeable) {
768                 unsigned long ret;
769                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
770
771                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
772                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
773                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
774                 if (ret == SHRINK_STOP)
775                         break;
776                 freed += ret;
777
778                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
779                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
780                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
781
782                 cond_resched();
783         }
784
785         /*
786          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
787          * done, decreased by old deferred work that was done now.
788          *
789          * And it is capped to two times of the freeable items.
790          */
791         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
792         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
793
794         /*
795          * move the unused scan count back into the shrinker in a
796          * manner that handles concurrent updates.
797          */
798         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
799
800         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
801         return freed;
802 }
803
804 #ifdef CONFIG_MEMCG
805 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
806                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
807 {
808         struct shrinker_info *info;
809         unsigned long ret, freed = 0;
810         int i;
811
812         if (!mem_cgroup_online(memcg))
813                 return 0;
814
815         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
816                 return 0;
817
818         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
819         if (unlikely(!info))
820                 goto unlock;
821
822         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
823                 struct shrink_control sc = {
824                         .gfp_mask = gfp_mask,
825                         .nid = nid,
826                         .memcg = memcg,
827                 };
828                 struct shrinker *shrinker;
829
830                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
831                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
832                         if (!shrinker)
833                                 clear_bit(i, info->map);
834                         continue;
835                 }
836
837                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
838                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
839                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
840                         continue;
841
842                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
843                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
844                         clear_bit(i, info->map);
845                         /*
846                          * After the shrinker reported that it had no objects to
847                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
848                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
849                          * added. To make sure, we have the bit set in this
850                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
851                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
852                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
853                          * set_shrinker_bit():
854                          *
855                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
856                          *   list_add_tail()    clear_bit()
857                          *   <MB>               <MB>
858                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
859                          */
860                         smp_mb__after_atomic();
861                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
862                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
863                                 ret = 0;
864                         else
865                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
866                 }
867                 freed += ret;
868
869                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
870                         freed = freed ? : 1;
871                         break;
872                 }
873         }
874 unlock:
875         up_read(&shrinker_rwsem);
876         return freed;
877 }
878 #else /* CONFIG_MEMCG */
879 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
880                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
881 {
882         return 0;
883 }
884 #endif /* CONFIG_MEMCG */
885
886 /**
887  * shrink_slab - shrink slab caches
888  * @gfp_mask: allocation context
889  * @nid: node whose slab caches to target
890  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
891  * @priority: the reclaim priority
892  *
893  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
894  *
895  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
896  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
897  *
898  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
899  * are called only if it is the root cgroup.
900  *
901  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
902  * in order to get the scan target.
903  *
904  * Returns the number of reclaimed slab objects.
905  */
906 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
907                                  struct mem_cgroup *memcg,
908                                  int priority)
909 {
910         unsigned long ret, freed = 0;
911         struct shrinker *shrinker;
912
913         /*
914          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
915          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
916          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
917          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
918          * oom.
919          */
920         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
921                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
922
923         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
924                 goto out;
925
926         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
927                 struct shrink_control sc = {
928                         .gfp_mask = gfp_mask,
929                         .nid = nid,
930                         .memcg = memcg,
931                 };
932
933                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
934                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
935                         ret = 0;
936                 freed += ret;
937                 /*
938                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
939                  * prevent the registration from being stalled for long periods
940                  * by parallel ongoing shrinking.
941                  */
942                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
943                         freed = freed ? : 1;
944                         break;
945                 }
946         }
947
948         up_read(&shrinker_rwsem);
949 out:
950         cond_resched();
951         return freed;
952 }
953
954 void drop_slab_node(int nid)
955 {
956         unsigned long freed;
957         int shift = 0;
958
959         do {
960                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
961
962                 if (fatal_signal_pending(current))
963                         return;
964
965                 freed = 0;
966                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
967                 do {
968                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
969                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
970         } while ((freed >> shift++) > 1);
971 }
972
973 void drop_slab(void)
974 {
975         int nid;
976
977         for_each_online_node(nid)
978                 drop_slab_node(nid);
979 }
980
981 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
982 {
983         /*
984          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
985          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
986          * heads at page->private.
987          */
988         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
989         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
990 }
991
992 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
993 {
994         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
995                 return 1;
996         if (!inode_write_congested(inode))
997                 return 1;
998         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
999                 return 1;
1000         return 0;
1001 }
1002
1003 /*
1004  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
1005  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1006  * fsync(), msync() or close().
1007  *
1008  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1009  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
1010  * that page is locked, the mapping is pinned.
1011  *
1012  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
1013  * __GFP_FS.
1014  */
1015 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1016                                 struct page *page, int error)
1017 {
1018         lock_page(page);
1019         if (page_mapping(page) == mapping)
1020                 mapping_set_error(mapping, error);
1021         unlock_page(page);
1022 }
1023
1024 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1025 {
1026         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1027         long timeout, ret;
1028         DEFINE_WAIT(wait);
1029
1030         /*
1031          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1032          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1033          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1034          */
1035         if (!current_is_kswapd() &&
1036             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD))
1037                 return;
1038
1039         /*
1040          * These figures are pulled out of thin air.
1041          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1042          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1043          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1044          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1045          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1046          * writeback to a slow device to excessive references pages at the tail
1047          * of the inactive LRU.
1048          */
1049         switch(reason) {
1050         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1051                 timeout = HZ/10;
1052
1053                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1054                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1055                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1056                 }
1057
1058                 break;
1059         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1060                 timeout = HZ/2;
1061                 break;
1062         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1063                 timeout = HZ/50;
1064                 break;
1065         default:
1066                 WARN_ON_ONCE(1);
1067                 timeout = HZ;
1068                 break;
1069         }
1070
1071         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1072         ret = schedule_timeout(timeout);
1073         finish_wait(wqh, &wait);
1074
1075         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1076                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1077
1078         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1079                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1080                                 reason);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * Account for pages written if tasks are throttled waiting on dirty
1085  * pages to clean. If enough pages have been cleaned since throttling
1086  * started then wakeup the throttled tasks.
1087  */
1088 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1089                                                         int nr_throttled)
1090 {
1091         unsigned long nr_written;
1092
1093         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1094
1095         /*
1096          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1097          * be synchronised. However, given that the system is
1098          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1099          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1100          * timeout guarantees forward progress.
1101          */
1102         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1103                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1104
1105         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1106                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1107 }
1108
1109 /* possible outcome of pageout() */
1110 typedef enum {
1111         /* failed to write page out, page is locked */
1112         PAGE_KEEP,
1113         /* move page to the active list, page is locked */
1114         PAGE_ACTIVATE,
1115         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
1116         PAGE_SUCCESS,
1117         /* page is clean and locked */
1118         PAGE_CLEAN,
1119 } pageout_t;
1120
1121 /*
1122  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
1123  * Calls ->writepage().
1124  */
1125 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
1126 {
1127         /*
1128          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
1129          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1130          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1131          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1132          * PagePrivate for that.
1133          *
1134          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1135          * this page's queue, we can perform writeback even if that
1136          * will block.
1137          *
1138          * If the page is swapcache, write it back even if that would
1139          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1140          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1141          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1142          */
1143         if (!is_page_cache_freeable(page))
1144                 return PAGE_KEEP;
1145         if (!mapping) {
1146                 /*
1147                  * Some data journaling orphaned pages can have
1148                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1149                  */
1150                 if (page_has_private(page)) {
1151                         if (try_to_free_buffers(page)) {
1152                                 ClearPageDirty(page);
1153                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
1154                                 return PAGE_CLEAN;
1155                         }
1156                 }
1157                 return PAGE_KEEP;
1158         }
1159         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1160                 return PAGE_ACTIVATE;
1161         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
1162                 return PAGE_KEEP;
1163
1164         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
1165                 int res;
1166                 struct writeback_control wbc = {
1167                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1168                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1169                         .range_start = 0,
1170                         .range_end = LLONG_MAX,
1171                         .for_reclaim = 1,
1172                 };
1173
1174                 SetPageReclaim(page);
1175                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
1176                 if (res < 0)
1177                         handle_write_error(mapping, page, res);
1178                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1179                         ClearPageReclaim(page);
1180                         return PAGE_ACTIVATE;
1181                 }
1182
1183                 if (!PageWriteback(page)) {
1184                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1185                         ClearPageReclaim(page);
1186                 }
1187                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
1188                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
1189                 return PAGE_SUCCESS;
1190         }
1191
1192         return PAGE_CLEAN;
1193 }
1194
1195 /*
1196  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
1197  * gets returned with a refcount of 0.
1198  */
1199 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
1200                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1201 {
1202         int refcount;
1203         void *shadow = NULL;
1204
1205         BUG_ON(!PageLocked(page));
1206         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
1207
1208         if (!PageSwapCache(page))
1209                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1210         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1211         /*
1212          * The non racy check for a busy page.
1213          *
1214          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1215          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
1216          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
1217          * here, then the following race may occur:
1218          *
1219          * get_user_pages(&page);
1220          * [user mapping goes away]
1221          * write_to(page);
1222          *                              !PageDirty(page)    [good]
1223          * SetPageDirty(page);
1224          * put_page(page);
1225          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
1226          *
1227          * [oops, our write_to data is lost]
1228          *
1229          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1230          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
1231          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
1232          *
1233          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
1234          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1235          */
1236         refcount = 1 + compound_nr(page);
1237         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
1238                 goto cannot_free;
1239         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
1240         if (unlikely(PageDirty(page))) {
1241                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
1242                 goto cannot_free;
1243         }
1244
1245         if (PageSwapCache(page)) {
1246                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
1247                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
1248                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1249                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1250                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
1251                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1252                 put_swap_page(page, swap);
1253         } else {
1254                 void (*freepage)(struct page *);
1255
1256                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
1257                 /*
1258                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1259                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1260                  *
1261                  * But don't store shadows in an address space that is
1262                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1263                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1264                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1265                  * back.
1266                  *
1267                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1268                  * only page cache pages found in these are zero pages
1269                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1270                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1271                  * same address_space.
1272                  */
1273                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
1274                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1275                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1276                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
1277                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1278                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1279                         inode_add_lru(mapping->host);
1280                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1281
1282                 if (freepage != NULL)
1283                         freepage(page);
1284         }
1285
1286         return 1;
1287
1288 cannot_free:
1289         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1290         if (!PageSwapCache(page))
1291                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1292         return 0;
1293 }
1294
1295 /*
1296  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
1297  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
1298  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
1299  * this page.
1300  */
1301 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
1302 {
1303         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
1304                 /*
1305                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
1306                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1307                  * atomic operation.
1308                  */
1309                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1310                 return 1;
1311         }
1312         return 0;
1313 }
1314
1315 /**
1316  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
1317  * @page: page to be put back to appropriate lru list
1318  *
1319  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
1320  * Page may still be unevictable for other reasons.
1321  *
1322  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1323  */
1324 void putback_lru_page(struct page *page)
1325 {
1326         lru_cache_add(page);
1327         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
1328 }
1329
1330 enum page_references {
1331         PAGEREF_RECLAIM,
1332         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1333         PAGEREF_KEEP,
1334         PAGEREF_ACTIVATE,
1335 };
1336
1337 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
1338                                                   struct scan_control *sc)
1339 {
1340         int referenced_ptes, referenced_page;
1341         unsigned long vm_flags;
1342
1343         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
1344                                           &vm_flags);
1345         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
1346
1347         /*
1348          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1349          * move the page to the unevictable list.
1350          */
1351         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1352                 return PAGEREF_RECLAIM;
1353
1354         if (referenced_ptes) {
1355                 /*
1356                  * All mapped pages start out with page table
1357                  * references from the instantiating fault, so we need
1358                  * to look twice if a mapped file page is used more
1359                  * than once.
1360                  *
1361                  * Mark it and spare it for another trip around the
1362                  * inactive list.  Another page table reference will
1363                  * lead to its activation.
1364                  *
1365                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1366                  * so that recently deactivated but used pages are
1367                  * quickly recovered.
1368                  */
1369                 SetPageReferenced(page);
1370
1371                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1372                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1373
1374                 /*
1375                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1376                  */
1377                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1378                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1379
1380                 return PAGEREF_KEEP;
1381         }
1382
1383         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1384         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1385                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1386
1387         return PAGEREF_RECLAIM;
1388 }
1389
1390 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1391 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1392                                        bool *dirty, bool *writeback)
1393 {
1394         struct address_space *mapping;
1395
1396         /*
1397          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1398          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1399          */
1400         if (!page_is_file_lru(page) ||
1401             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1402                 *dirty = false;
1403                 *writeback = false;
1404                 return;
1405         }
1406
1407         /* By default assume that the page flags are accurate */
1408         *dirty = PageDirty(page);
1409         *writeback = PageWriteback(page);
1410
1411         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1412         if (!page_has_private(page))
1413                 return;
1414
1415         mapping = page_mapping(page);
1416         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1417                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1418 }
1419
1420 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long node)
1421 {
1422         struct migration_target_control mtc = {
1423                 /*
1424                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1425                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1426                  * instead of migrated.
1427                  */
1428                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) |
1429                             __GFP_THISNODE  | __GFP_NOWARN |
1430                             __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1431                 .nid = node
1432         };
1433
1434         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)&mtc);
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Take pages on @demote_list and attempt to demote them to
1439  * another node.  Pages which are not demoted are left on
1440  * @demote_pages.
1441  */
1442 static unsigned int demote_page_list(struct list_head *demote_pages,
1443                                      struct pglist_data *pgdat)
1444 {
1445         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1446         unsigned int nr_succeeded;
1447
1448         if (list_empty(demote_pages))
1449                 return 0;
1450
1451         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1452                 return 0;
1453
1454         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1455         migrate_pages(demote_pages, alloc_demote_page, NULL,
1456                             target_nid, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1457                             &nr_succeeded);
1458
1459         if (current_is_kswapd())
1460                 __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD, nr_succeeded);
1461         else
1462                 __count_vm_events(PGDEMOTE_DIRECT, nr_succeeded);
1463
1464         return nr_succeeded;
1465 }
1466
1467 /*
1468  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1469  */
1470 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1471                                      struct pglist_data *pgdat,
1472                                      struct scan_control *sc,
1473                                      struct reclaim_stat *stat,
1474                                      bool ignore_references)
1475 {
1476         LIST_HEAD(ret_pages);
1477         LIST_HEAD(free_pages);
1478         LIST_HEAD(demote_pages);
1479         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1480         unsigned int pgactivate = 0;
1481         bool do_demote_pass;
1482
1483         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1484         cond_resched();
1485         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1486
1487 retry:
1488         while (!list_empty(page_list)) {
1489                 struct address_space *mapping;
1490                 struct page *page;
1491                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1492                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1493                 unsigned int nr_pages;
1494
1495                 cond_resched();
1496
1497                 page = lru_to_page(page_list);
1498                 list_del(&page->lru);
1499
1500                 if (!trylock_page(page))
1501                         goto keep;
1502
1503                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1504
1505                 nr_pages = compound_nr(page);
1506
1507                 /* Account the number of base pages even though THP */
1508                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1509
1510                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1511                         goto activate_locked;
1512
1513                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1514                         goto keep_locked;
1515
1516                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1517                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1518
1519                 /*
1520                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1521                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1522                  * pages if the tail of the LRU is all dirty unqueued pages.
1523                  */
1524                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1525                 if (dirty || writeback)
1526                         stat->nr_dirty++;
1527
1528                 if (dirty && !writeback)
1529                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1530
1531                 /*
1532                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1533                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1534                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1535                  * end of the LRU a second time.
1536                  */
1537                 mapping = page_mapping(page);
1538                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1539                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1540                     (writeback && PageReclaim(page)))
1541                         stat->nr_congested++;
1542
1543                 /*
1544                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1545                  * are three cases to consider.
1546                  *
1547                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1548                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1549                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1550                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1551                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1552                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1553                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1554                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1555                  *    caller can stall after page list has been processed.
1556                  *
1557                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1558                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1559                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1560                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1561                  *    reclaim and continue scanning.
1562                  *
1563                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1564                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1565                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1566                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1567                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1568                  *    would probably show more reasons.
1569                  *
1570                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1571                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1572                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1573                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1574                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1575                  *
1576                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1577                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1578                  * inactive list and refilling from the active list. The
1579                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1580                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1581                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1582                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1583                  * takes to write them to disk.
1584                  */
1585                 if (PageWriteback(page)) {
1586                         /* Case 1 above */
1587                         if (current_is_kswapd() &&
1588                             PageReclaim(page) &&
1589                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1590                                 stat->nr_immediate++;
1591                                 goto activate_locked;
1592
1593                         /* Case 2 above */
1594                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1595                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1596                                 /*
1597                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1598                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1599                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1600                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1601                                  * enough to care.  What we do want is for this
1602                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1603                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1604                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1605                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1606                                  */
1607                                 SetPageReclaim(page);
1608                                 stat->nr_writeback++;
1609                                 goto activate_locked;
1610
1611                         /* Case 3 above */
1612                         } else {
1613                                 unlock_page(page);
1614                                 wait_on_page_writeback(page);
1615                                 /* then go back and try same page again */
1616                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1617                                 continue;
1618                         }
1619                 }
1620
1621                 if (!ignore_references)
1622                         references = page_check_references(page, sc);
1623
1624                 switch (references) {
1625                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1626                         goto activate_locked;
1627                 case PAGEREF_KEEP:
1628                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1629                         goto keep_locked;
1630                 case PAGEREF_RECLAIM:
1631                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1632                         ; /* try to reclaim the page below */
1633                 }
1634
1635                 /*
1636                  * Before reclaiming the page, try to relocate
1637                  * its contents to another node.
1638                  */
1639                 if (do_demote_pass &&
1640                     (thp_migration_supported() || !PageTransHuge(page))) {
1641                         list_add(&page->lru, &demote_pages);
1642                         unlock_page(page);
1643                         continue;
1644                 }
1645
1646                 /*
1647                  * Anonymous process memory has backing store?
1648                  * Try to allocate it some swap space here.
1649                  * Lazyfree page could be freed directly
1650                  */
1651                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1652                         if (!PageSwapCache(page)) {
1653                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1654                                         goto keep_locked;
1655                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1656                                         goto keep_locked;
1657                                 if (PageTransHuge(page)) {
1658                                         /* cannot split THP, skip it */
1659                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1660                                                 goto activate_locked;
1661                                         /*
1662                                          * Split pages without a PMD map right
1663                                          * away. Chances are some or all of the
1664                                          * tail pages can be freed without IO.
1665                                          */
1666                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1667                                             split_huge_page_to_list(page,
1668                                                                     page_list))
1669                                                 goto activate_locked;
1670                                 }
1671                                 if (!add_to_swap(page)) {
1672                                         if (!PageTransHuge(page))
1673                                                 goto activate_locked_split;
1674                                         /* Fallback to swap normal pages */
1675                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1676                                                                     page_list))
1677                                                 goto activate_locked;
1678 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1679                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1680 #endif
1681                                         if (!add_to_swap(page))
1682                                                 goto activate_locked_split;
1683                                 }
1684
1685                                 may_enter_fs = true;
1686
1687                                 /* Adding to swap updated mapping */
1688                                 mapping = page_mapping(page);
1689                         }
1690                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1691                         /* Split file THP */
1692                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1693                                 goto keep_locked;
1694                 }
1695
1696                 /*
1697                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1698                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1699                  *
1700                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1701                  * reach here.
1702                  */
1703                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1704                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1705                         nr_pages = 1;
1706                 }
1707
1708                 /*
1709                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1710                  * processes. Try to unmap it here.
1711                  */
1712                 if (page_mapped(page)) {
1713                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1714                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1715
1716                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1717                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1718
1719                         try_to_unmap(page, flags);
1720                         if (page_mapped(page)) {
1721                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1722                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1723                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1724                                 goto activate_locked;
1725                         }
1726                 }
1727
1728                 if (PageDirty(page)) {
1729                         /*
1730                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1731                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1732                          * injecting inefficient single-page IO into
1733                          * flusher writeback as much as possible: only
1734                          * write pages when we've encountered many
1735                          * dirty pages, and when we've already scanned
1736                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1737                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1738                          */
1739                         if (page_is_file_lru(page) &&
1740                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1741                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1742                                 /*
1743                                  * Immediately reclaim when written back.
1744                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1745                                  * except we already have the page isolated
1746                                  * and know it's dirty
1747                                  */
1748                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1749                                 SetPageReclaim(page);
1750
1751                                 goto activate_locked;
1752                         }
1753
1754                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1755                                 goto keep_locked;
1756                         if (!may_enter_fs)
1757                                 goto keep_locked;
1758                         if (!sc->may_writepage)
1759                                 goto keep_locked;
1760
1761                         /*
1762                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1763                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1764                          * starts and then write it out here.
1765                          */
1766                         try_to_unmap_flush_dirty();
1767                         switch (pageout(page, mapping)) {
1768                         case PAGE_KEEP:
1769                                 goto keep_locked;
1770                         case PAGE_ACTIVATE:
1771                                 goto activate_locked;
1772                         case PAGE_SUCCESS:
1773                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1774
1775                                 if (PageWriteback(page))
1776                                         goto keep;
1777                                 if (PageDirty(page))
1778                                         goto keep;
1779
1780                                 /*
1781                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1782                                  * ahead and try to reclaim the page.
1783                                  */
1784                                 if (!trylock_page(page))
1785                                         goto keep;
1786                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1787                                         goto keep_locked;
1788                                 mapping = page_mapping(page);
1789                                 fallthrough;
1790                         case PAGE_CLEAN:
1791                                 ; /* try to free the page below */
1792                         }
1793                 }
1794
1795                 /*
1796                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1797                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1798                  * the page as well.
1799                  *
1800                  * We do this even if the page is PageDirty().
1801                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1802                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1803                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1804                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1805                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1806                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1807                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1808                  *
1809                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1810                  * the pages which were not successfully invalidated in
1811                  * truncate_cleanup_page().  We try to drop those buffers here
1812                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1813                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1814                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1815                  */
1816                 if (page_has_private(page)) {
1817                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1818                                 goto activate_locked;
1819                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1820                                 unlock_page(page);
1821                                 if (put_page_testzero(page))
1822                                         goto free_it;
1823                                 else {
1824                                         /*
1825                                          * rare race with speculative reference.
1826                                          * the speculative reference will free
1827                                          * this page shortly, so we may
1828                                          * increment nr_reclaimed here (and
1829                                          * leave it off the LRU).
1830                                          */
1831                                         nr_reclaimed++;
1832                                         continue;
1833                                 }
1834                         }
1835                 }
1836
1837                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1838                         /* follow __remove_mapping for reference */
1839                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1840                                 goto keep_locked;
1841                         /*
1842                          * The page has only one reference left, which is
1843                          * from the isolation. After the caller puts the
1844                          * page back on lru and drops the reference, the
1845                          * page will be freed anyway. It doesn't matter
1846                          * which lru it goes. So we don't bother checking
1847                          * PageDirty here.
1848                          */
1849                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1850                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1851                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1852                                                          sc->target_mem_cgroup))
1853                         goto keep_locked;
1854
1855                 unlock_page(page);
1856 free_it:
1857                 /*
1858                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1859                  * all base pages.
1860                  */
1861                 nr_reclaimed += nr_pages;
1862
1863                 /*
1864                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1865                  * appear not as the counts should be low
1866                  */
1867                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1868                         destroy_compound_page(page);
1869                 else
1870                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1871                 continue;
1872
1873 activate_locked_split:
1874                 /*
1875                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1876                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1877                  */
1878                 if (nr_pages > 1) {
1879                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1880                         nr_pages = 1;
1881                 }
1882 activate_locked:
1883                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1884                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1885                                                 PageMlocked(page)))
1886                         try_to_free_swap(page);
1887                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1888                 if (!PageMlocked(page)) {
1889                         int type = page_is_file_lru(page);
1890                         SetPageActive(page);
1891                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1892                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1893                 }
1894 keep_locked:
1895                 unlock_page(page);
1896 keep:
1897                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1898                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1899         }
1900         /* 'page_list' is always empty here */
1901
1902         /* Migrate pages selected for demotion */
1903         nr_reclaimed += demote_page_list(&demote_pages, pgdat);
1904         /* Pages that could not be demoted are still in @demote_pages */
1905         if (!list_empty(&demote_pages)) {
1906                 /* Pages which failed to demoted go back on @page_list for retry: */
1907                 list_splice_init(&demote_pages, page_list);
1908                 do_demote_pass = false;
1909                 goto retry;
1910         }
1911
1912         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1913
1914         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1915         try_to_unmap_flush();
1916         free_unref_page_list(&free_pages);
1917
1918         list_splice(&ret_pages, page_list);
1919         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1920
1921         return nr_reclaimed;
1922 }
1923
1924 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1925                                             struct list_head *page_list)
1926 {
1927         struct scan_control sc = {
1928                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1929                 .may_unmap = 1,
1930         };
1931         struct reclaim_stat stat;
1932         unsigned int nr_reclaimed;
1933         struct page *page, *next;
1934         LIST_HEAD(clean_pages);
1935         unsigned int noreclaim_flag;
1936
1937         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1938                 if (!PageHuge(page) && page_is_file_lru(page) &&
1939                     !PageDirty(page) && !__PageMovable(page) &&
1940                     !PageUnevictable(page)) {
1941                         ClearPageActive(page);
1942                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1943                 }
1944         }
1945
1946         /*
1947          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
1948          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
1949          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
1950          * change in the future.
1951          */
1952         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
1953         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1954                                         &stat, true);
1955         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
1956
1957         list_splice(&clean_pages, page_list);
1958         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1959                             -(long)nr_reclaimed);
1960         /*
1961          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1962          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1963          * discard so isolated count will be mismatched.
1964          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1965          */
1966         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1967                             stat.nr_lazyfree_fail);
1968         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1969                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
1970         return nr_reclaimed;
1971 }
1972
1973 /*
1974  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1975  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1976  * freed elsewhere are also ignored.
1977  *
1978  * page:        page to consider
1979  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1980  *
1981  * returns true on success, false on failure.
1982  */
1983 bool __isolate_lru_page_prepare(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1984 {
1985         /* Only take pages on the LRU. */
1986         if (!PageLRU(page))
1987                 return false;
1988
1989         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1990         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1991                 return false;
1992
1993         /*
1994          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1995          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1996          * blocking - clean pages for the most part.
1997          *
1998          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1999          * that it is possible to migrate without blocking
2000          */
2001         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
2002                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
2003                 if (PageWriteback(page))
2004                         return false;
2005
2006                 if (PageDirty(page)) {
2007                         struct address_space *mapping;
2008                         bool migrate_dirty;
2009
2010                         /*
2011                          * Only pages without mappings or that have a
2012                          * ->migratepage callback are possible to migrate
2013                          * without blocking. However, we can be racing with
2014                          * truncation so it's necessary to lock the page
2015                          * to stabilise the mapping as truncation holds
2016                          * the page lock until after the page is removed
2017                          * from the page cache.
2018                          */
2019                         if (!trylock_page(page))
2020                                 return false;
2021
2022                         mapping = page_mapping(page);
2023                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
2024                         unlock_page(page);
2025                         if (!migrate_dirty)
2026                                 return false;
2027                 }
2028         }
2029
2030         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
2031                 return false;
2032
2033         return true;
2034 }
2035
2036 /*
2037  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2038  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2039  */
2040 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2041                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2042 {
2043         int zid;
2044
2045         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2046                 if (!nr_zone_taken[zid])
2047                         continue;
2048
2049                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2050         }
2051
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2056  *
2057  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2058  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2059  * and working on them outside the LRU lock.
2060  *
2061  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2062  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2063  *
2064  * Lru_lock must be held before calling this function.
2065  *
2066  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2067  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2068  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2069  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2070  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2071  * @lru:        LRU list id for isolating
2072  *
2073  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2074  */
2075 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
2076                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2077                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2078                 enum lru_list lru)
2079 {
2080         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2081         unsigned long nr_taken = 0;
2082         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2083         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2084         unsigned long skipped = 0;
2085         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2086         LIST_HEAD(pages_skipped);
2087         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
2088
2089         total_scan = 0;
2090         scan = 0;
2091         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2092                 struct page *page;
2093
2094                 page = lru_to_page(src);
2095                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
2096
2097                 nr_pages = compound_nr(page);
2098                 total_scan += nr_pages;
2099
2100                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
2101                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
2102                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2103                         continue;
2104                 }
2105
2106                 /*
2107                  * Do not count skipped pages because that makes the function
2108                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
2109                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
2110                  * pages, triggering a premature OOM.
2111                  *
2112                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
2113                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
2114                  * only when the page is being freed somewhere else.
2115                  */
2116                 scan += nr_pages;
2117                 if (!__isolate_lru_page_prepare(page, mode)) {
2118                         /* It is being freed elsewhere */
2119                         list_move(&page->lru, src);
2120                         continue;
2121                 }
2122                 /*
2123                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
2124                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
2125                  * page release code relies on it.
2126                  */
2127                 if (unlikely(!get_page_unless_zero(page))) {
2128                         list_move(&page->lru, src);
2129                         continue;
2130                 }
2131
2132                 if (!TestClearPageLRU(page)) {
2133                         /* Another thread is already isolating this page */
2134                         put_page(page);
2135                         list_move(&page->lru, src);
2136                         continue;
2137                 }
2138
2139                 nr_taken += nr_pages;
2140                 nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2141                 list_move(&page->lru, dst);
2142         }
2143
2144         /*
2145          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
2146          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2147          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2148          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
2149          * system at risk of premature OOM.
2150          */
2151         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
2152                 int zid;
2153
2154                 list_splice(&pages_skipped, src);
2155                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2156                         if (!nr_skipped[zid])
2157                                 continue;
2158
2159                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2160                         skipped += nr_skipped[zid];
2161                 }
2162         }
2163         *nr_scanned = total_scan;
2164         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2165                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
2166         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2167         return nr_taken;
2168 }
2169
2170 /**
2171  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
2172  * @page: page to isolate from its LRU list
2173  *
2174  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
2175  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
2176  *
2177  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
2178  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
2179  *
2180  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
2181  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
2182  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
2183  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2184  *
2185  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
2186  * found will be decremented.
2187  *
2188  * Restrictions:
2189  *
2190  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
2191  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
2192  *     without a stable reference).
2193  * (2) the lru_lock must not be held.
2194  * (3) interrupts must be enabled.
2195  */
2196 int isolate_lru_page(struct page *page)
2197 {
2198         struct folio *folio = page_folio(page);
2199         int ret = -EBUSY;
2200
2201         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2202         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
2203
2204         if (TestClearPageLRU(page)) {
2205                 struct lruvec *lruvec;
2206
2207                 get_page(page);
2208                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2209                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
2210                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2211                 ret = 0;
2212         }
2213
2214         return ret;
2215 }
2216
2217 /*
2218  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2219  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2220  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2221  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2222  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2223  */
2224 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2225                 struct scan_control *sc)
2226 {
2227         unsigned long inactive, isolated;
2228         bool too_many;
2229
2230         if (current_is_kswapd())
2231                 return 0;
2232
2233         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2234                 return 0;
2235
2236         if (file) {
2237                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2238                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2239         } else {
2240                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2241                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2242         }
2243
2244         /*
2245          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2246          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2247          * deadlock.
2248          */
2249         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2250                 inactive >>= 3;
2251
2252         too_many = isolated > inactive;
2253
2254         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2255         if (!too_many)
2256                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2257
2258         return too_many;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * move_pages_to_lru() moves pages from private @list to appropriate LRU list.
2263  * On return, @list is reused as a list of pages to be freed by the caller.
2264  *
2265  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2266  */
2267 static unsigned int move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2268                                       struct list_head *list)
2269 {
2270         int nr_pages, nr_moved = 0;
2271         LIST_HEAD(pages_to_free);
2272         struct page *page;
2273
2274         while (!list_empty(list)) {
2275                 page = lru_to_page(list);
2276                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
2277                 list_del(&page->lru);
2278                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2279                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2280                         putback_lru_page(page);
2281                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2282                         continue;
2283                 }
2284
2285                 /*
2286                  * The SetPageLRU needs to be kept here for list integrity.
2287                  * Otherwise:
2288                  *   #0 move_pages_to_lru             #1 release_pages
2289                  *   if !put_page_testzero
2290                  *                                    if (put_page_testzero())
2291                  *                                      !PageLRU //skip lru_lock
2292                  *     SetPageLRU()
2293                  *     list_add(&page->lru,)
2294                  *                                        list_add(&page->lru,)
2295                  */
2296                 SetPageLRU(page);
2297
2298                 if (unlikely(put_page_testzero(page))) {
2299                         __clear_page_lru_flags(page);
2300
2301                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
2302                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2303                                 destroy_compound_page(page);
2304                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2305                         } else
2306                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
2307
2308                         continue;
2309                 }
2310
2311                 /*
2312                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2313                  * inhibits memcg migration).
2314                  */
2315                 VM_BUG_ON_PAGE(!folio_matches_lruvec(page_folio(page), lruvec), page);
2316                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
2317                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
2318                 nr_moved += nr_pages;
2319                 if (PageActive(page))
2320                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2321         }
2322
2323         /*
2324          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2325          */
2326         list_splice(&pages_to_free, list);
2327
2328         return nr_moved;
2329 }
2330
2331 /*
2332  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
2333  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
2334  * In that case we should only throttle if the backing device it is
2335  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
2336  */
2337 static int current_may_throttle(void)
2338 {
2339         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
2340                 current->backing_dev_info == NULL ||
2341                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2346  * of reclaimed pages
2347  */
2348 static unsigned long
2349 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
2350                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
2351 {
2352         LIST_HEAD(page_list);
2353         unsigned long nr_scanned;
2354         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2355         unsigned long nr_taken;
2356         struct reclaim_stat stat;
2357         bool file = is_file_lru(lru);
2358         enum vm_event_item item;
2359         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2360         bool stalled = false;
2361
2362         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2363                 if (stalled)
2364                         return 0;
2365
2366                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2367                 stalled = true;
2368                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2369
2370                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2371                 if (fatal_signal_pending(current))
2372                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2373         }
2374
2375         lru_add_drain();
2376
2377         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2378
2379         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
2380                                      &nr_scanned, sc, lru);
2381
2382         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2383         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
2384         if (!cgroup_reclaim(sc))
2385                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2386         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2387         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2388
2389         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2390
2391         if (nr_taken == 0)
2392                 return 0;
2393
2394         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
2395
2396         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2397         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2398
2399         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2400         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2401         if (!cgroup_reclaim(sc))
2402                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2403         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2404         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2405         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2406
2407         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
2408         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2409         free_unref_page_list(&page_list);
2410
2411         /*
2412          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2413          * implies that flushers are not doing their job. This can
2414          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2415          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2416          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2417          * dirty pages grows not through writes but through memory
2418          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2419          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2420          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2421          */
2422         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2423                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2424
2425         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2426         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2427         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2428         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2429         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2430         sc->nr.taken += nr_taken;
2431         if (file)
2432                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2433
2434         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2435                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2436         return nr_reclaimed;
2437 }
2438
2439 /*
2440  * shrink_active_list() moves pages from the active LRU to the inactive LRU.
2441  *
2442  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
2443  * processes.
2444  *
2445  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2446  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2447  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()), so
2448  * we should drop lru_lock around each page.  It's impossible to balance
2449  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
2450  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
2451  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
2452  *
2453  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
2454  * But we had to alter page->flags anyway.
2455  */
2456 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2457                                struct lruvec *lruvec,
2458                                struct scan_control *sc,
2459                                enum lru_list lru)
2460 {
2461         unsigned long nr_taken;
2462         unsigned long nr_scanned;
2463         unsigned long vm_flags;
2464         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2465         LIST_HEAD(l_active);
2466         LIST_HEAD(l_inactive);
2467         struct page *page;
2468         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2469         unsigned nr_rotated = 0;
2470         int file = is_file_lru(lru);
2471         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2472
2473         lru_add_drain();
2474
2475         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2476
2477         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2478                                      &nr_scanned, sc, lru);
2479
2480         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2481
2482         if (!cgroup_reclaim(sc))
2483                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2484         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2485
2486         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2487
2488         while (!list_empty(&l_hold)) {
2489                 cond_resched();
2490                 page = lru_to_page(&l_hold);
2491                 list_del(&page->lru);
2492
2493                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2494                         putback_lru_page(page);
2495                         continue;
2496                 }
2497
2498                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2499                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2500                                 if (page_has_private(page))
2501                                         try_to_release_page(page, 0);
2502                                 unlock_page(page);
2503                         }
2504                 }
2505
2506                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2507                                     &vm_flags)) {
2508                         /*
2509                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2510                          * give them one more trip around the active list. So
2511                          * that executable code get better chances to stay in
2512                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2513                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2514                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2515                          * so we ignore them here.
2516                          */
2517                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2518                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2519                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2520                                 continue;
2521                         }
2522                 }
2523
2524                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2525                 SetPageWorkingset(page);
2526                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2527         }
2528
2529         /*
2530          * Move pages back to the lru list.
2531          */
2532         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2533
2534         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2535         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2536         /* Keep all free pages in l_active list */
2537         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2538
2539         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2540         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2541
2542         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2543         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2544
2545         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2546         free_unref_page_list(&l_active);
2547         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2548                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2549 }
2550
2551 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2552 {
2553         int nid = NUMA_NO_NODE;
2554         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2555         LIST_HEAD(node_page_list);
2556         struct reclaim_stat dummy_stat;
2557         struct page *page;
2558         unsigned int noreclaim_flag;
2559         struct scan_control sc = {
2560                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2561                 .may_writepage = 1,
2562                 .may_unmap = 1,
2563                 .may_swap = 1,
2564                 .no_demotion = 1,
2565         };
2566
2567         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2568
2569         while (!list_empty(page_list)) {
2570                 page = lru_to_page(page_list);
2571                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2572                         nid = page_to_nid(page);
2573                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2574                 }
2575
2576                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2577                         ClearPageActive(page);
2578                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2579                         continue;
2580                 }
2581
2582                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2583                                                 NODE_DATA(nid),
2584                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2585                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2586                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2587                         list_del(&page->lru);
2588                         putback_lru_page(page);
2589                 }
2590
2591                 nid = NUMA_NO_NODE;
2592         }
2593
2594         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2595                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2596                                                 NODE_DATA(nid),
2597                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2598                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2599                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2600                         list_del(&page->lru);
2601                         putback_lru_page(page);
2602                 }
2603         }
2604
2605         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2606
2607         return nr_reclaimed;
2608 }
2609
2610 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2611                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2612 {
2613         if (is_active_lru(lru)) {
2614                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2615                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2616                 else
2617                         sc->skipped_deactivate = 1;
2618                 return 0;
2619         }
2620
2621         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2622 }
2623
2624 /*
2625  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2626  * to do too much work.
2627  *
2628  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2629  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2630  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2631  *
2632  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2633  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2634  *
2635  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2636  *
2637  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2638  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2639  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2640  *
2641  * total     target    max
2642  * memory    ratio     inactive
2643  * -------------------------------------
2644  *   10MB       1         5MB
2645  *  100MB       1        50MB
2646  *    1GB       3       250MB
2647  *   10GB      10       0.9GB
2648  *  100GB      31         3GB
2649  *    1TB     101        10GB
2650  *   10TB     320        32GB
2651  */
2652 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2653 {
2654         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2655         unsigned long inactive, active;
2656         unsigned long inactive_ratio;
2657         unsigned long gb;
2658
2659         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2660         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2661
2662         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2663         if (gb)
2664                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2665         else
2666                 inactive_ratio = 1;
2667
2668         return inactive * inactive_ratio < active;
2669 }
2670
2671 enum scan_balance {
2672         SCAN_EQUAL,
2673         SCAN_FRACT,
2674         SCAN_ANON,
2675         SCAN_FILE,
2676 };
2677
2678 /*
2679  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2680  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2681  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2682  * onto the active list instead of evict.
2683  *
2684  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2685  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2686  */
2687 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2688                            unsigned long *nr)
2689 {
2690         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2691         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2692         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2693         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2694         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2695         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2696         enum scan_balance scan_balance;
2697         unsigned long ap, fp;
2698         enum lru_list lru;
2699
2700         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2701         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2702                 scan_balance = SCAN_FILE;
2703                 goto out;
2704         }
2705
2706         /*
2707          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2708          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2709          * disable swapping for individual groups completely when
2710          * using the memory controller's swap limit feature would be
2711          * too expensive.
2712          */
2713         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2714                 scan_balance = SCAN_FILE;
2715                 goto out;
2716         }
2717
2718         /*
2719          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2720          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2721          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2722          */
2723         if (!sc->priority && swappiness) {
2724                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2725                 goto out;
2726         }
2727
2728         /*
2729          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2730          */
2731         if (sc->file_is_tiny) {
2732                 scan_balance = SCAN_ANON;
2733                 goto out;
2734         }
2735
2736         /*
2737          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2738          * anything from the anonymous working right now.
2739          */
2740         if (sc->cache_trim_mode) {
2741                 scan_balance = SCAN_FILE;
2742                 goto out;
2743         }
2744
2745         scan_balance = SCAN_FRACT;
2746         /*
2747          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2748          *
2749          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2750          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2751          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2752          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2753          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2754          *
2755          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2756          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2757          * applied, before swappiness.
2758          *
2759          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2760          */
2761         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2762         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2763         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2764         total_cost = anon_cost + file_cost;
2765
2766         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2767         ap /= anon_cost + 1;
2768
2769         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2770         fp /= file_cost + 1;
2771
2772         fraction[0] = ap;
2773         fraction[1] = fp;
2774         denominator = ap + fp;
2775 out:
2776         for_each_evictable_lru(lru) {
2777                 int file = is_file_lru(lru);
2778                 unsigned long lruvec_size;
2779                 unsigned long low, min;
2780                 unsigned long scan;
2781
2782                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2783                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2784                                       &min, &low);
2785
2786                 if (min || low) {
2787                         /*
2788                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2789                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2790                          * setting.
2791                          *
2792                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2793                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2794                          * approach the memory protection threshold, to totally
2795                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2796                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2797                          * also means we simply get no protection at all if we
2798                          * set it too low, which is not ideal.
2799                          *
2800                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2801                          * pressure by how much of the total memory used is
2802                          * within protection thresholds.
2803                          *
2804                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2805                          * we skip over all groups that are within their low
2806                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2807                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2808                          * the best-effort low protection. However, we still
2809                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2810                          * that case instead of simply punishing them all
2811                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2812                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2813                          * again by how much of the total memory used is under
2814                          * hard protection.
2815                          */
2816                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2817                         unsigned long protection;
2818
2819                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2820                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2821                                 protection = low;
2822                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2823                         } else {
2824                                 protection = min;
2825                         }
2826
2827                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2828                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2829
2830                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2831                                 (cgroup_size + 1);
2832
2833                         /*
2834                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2835                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2836                          * sc->priority further than desirable.
2837                          */
2838                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2839                 } else {
2840                         scan = lruvec_size;
2841                 }
2842
2843                 scan >>= sc->priority;
2844
2845                 /*
2846                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2847                  * scrape out the remaining cache.
2848                  */
2849                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2850                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2851
2852                 switch (scan_balance) {
2853                 case SCAN_EQUAL:
2854                         /* Scan lists relative to size */
2855                         break;
2856                 case SCAN_FRACT:
2857                         /*
2858                          * Scan types proportional to swappiness and
2859                          * their relative recent reclaim efficiency.
2860                          * Make sure we don't miss the last page on
2861                          * the offlined memory cgroups because of a
2862                          * round-off error.
2863                          */
2864                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2865                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2866                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2867                                                   denominator);
2868                         break;
2869                 case SCAN_FILE:
2870                 case SCAN_ANON:
2871                         /* Scan one type exclusively */
2872                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2873                                 scan = 0;
2874                         break;
2875                 default:
2876                         /* Look ma, no brain */
2877                         BUG();
2878                 }
2879
2880                 nr[lru] = scan;
2881         }
2882 }
2883
2884 /*
2885  * Anonymous LRU management is a waste if there is
2886  * ultimately no way to reclaim the memory.
2887  */
2888 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
2889                                struct scan_control *sc)
2890 {
2891         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
2892         if (total_swap_pages > 0)
2893                 return true;
2894
2895         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
2896         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
2897 }
2898
2899 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2900 {
2901         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2902         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2903         unsigned long nr_to_scan;
2904         enum lru_list lru;
2905         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2906         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2907         struct blk_plug plug;
2908         bool scan_adjusted;
2909
2910         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2911
2912         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2913         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2914
2915         /*
2916          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2917          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2918          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2919          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2920          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2921          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2922          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2923          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2924          * dropped to zero at the first pass.
2925          */
2926         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2927                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2928
2929         blk_start_plug(&plug);
2930         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2931                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2932                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2933                 unsigned long nr_scanned;
2934
2935                 for_each_evictable_lru(lru) {
2936                         if (nr[lru]) {
2937                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2938                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2939
2940                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2941                                                             lruvec, sc);
2942                         }
2943                 }
2944
2945                 cond_resched();
2946
2947                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2948                         continue;
2949
2950                 /*
2951                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2952                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2953                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2954                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2955                  * proportional to the original scan target.
2956                  */
2957                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2958                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2959
2960                 /*
2961                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2962                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2963                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2964                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2965                  */
2966                 if (!nr_file || !nr_anon)
2967                         break;
2968
2969                 if (nr_file > nr_anon) {
2970                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2971                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2972                         lru = LRU_BASE;
2973                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2974                 } else {
2975                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2976                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2977                         lru = LRU_FILE;
2978                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2979                 }
2980
2981                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2982                 nr[lru] = 0;
2983                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2984
2985                 /*
2986                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2987                  * scan target and the percentage scanning already complete
2988                  */
2989                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2990                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2991                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2992                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2993
2994                 lru += LRU_ACTIVE;
2995                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2996                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2997                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2998
2999                 scan_adjusted = true;
3000         }
3001         blk_finish_plug(&plug);
3002         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
3003
3004         /*
3005          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
3006          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
3007          */
3008         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
3009             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3010                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3011                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3012 }
3013
3014 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
3015 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
3016 {
3017         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
3018                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
3019                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
3020                 return true;
3021
3022         return false;
3023 }
3024
3025 /*
3026  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
3027  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
3028  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
3029  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
3030  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
3031  */
3032 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
3033                                         unsigned long nr_reclaimed,
3034                                         struct scan_control *sc)
3035 {
3036         unsigned long pages_for_compaction;
3037         unsigned long inactive_lru_pages;
3038         int z;
3039
3040         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
3041         if (!in_reclaim_compaction(sc))
3042                 return false;
3043
3044         /*
3045          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
3046          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
3047          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
3048          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
3049          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
3050          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
3051          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
3052          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
3053          */
3054         if (!nr_reclaimed)
3055                 return false;
3056
3057         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
3058         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3059                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3060                 if (!managed_zone(zone))
3061                         continue;
3062
3063                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
3064                 case COMPACT_SUCCESS:
3065                 case COMPACT_CONTINUE:
3066                         return false;
3067                 default:
3068                         /* check next zone */
3069                         ;
3070                 }
3071         }
3072
3073         /*
3074          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
3075          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
3076          */
3077         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
3078         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3079         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
3080                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3081
3082         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
3083 }
3084
3085 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3086 {
3087         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
3088         struct mem_cgroup *memcg;
3089
3090         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
3091         do {
3092                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3093                 unsigned long reclaimed;
3094                 unsigned long scanned;
3095
3096                 /*
3097                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
3098                  * aren't eligible for reclaim - either because they
3099                  * don't have any reclaimable pages, or because their
3100                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
3101                  */
3102                 cond_resched();
3103
3104                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
3105
3106                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
3107                         /*
3108                          * Hard protection.
3109                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
3110                          */
3111                         continue;
3112                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
3113                         /*
3114                          * Soft protection.
3115                          * Respect the protection only as long as
3116                          * there is an unprotected supply
3117                          * of reclaimable memory from other cgroups.
3118                          */
3119                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
3120                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3121                                 continue;
3122                         }
3123                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
3124                 }
3125
3126                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3127                 scanned = sc->nr_scanned;
3128
3129                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
3130
3131                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
3132                             sc->priority);
3133
3134                 /* Record the group's reclaim efficiency */
3135                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
3136                            sc->nr_scanned - scanned,
3137                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
3138
3139         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
3140 }
3141
3142 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3143 {
3144         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
3145         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
3146         struct lruvec *target_lruvec;
3147         bool reclaimable = false;
3148         unsigned long file;
3149
3150         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
3151
3152 again:
3153         /*
3154          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
3155          * lruvec stats for heuristics.
3156          */
3157         mem_cgroup_flush_stats();
3158
3159         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
3160
3161         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3162         nr_scanned = sc->nr_scanned;
3163
3164         /*
3165          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
3166          */
3167         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3168         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
3169         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
3170         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3171
3172         /*
3173          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
3174          * and file LRU lists.
3175          */
3176         if (!sc->force_deactivate) {
3177                 unsigned long refaults;
3178
3179                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3180                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3181                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
3182                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3183                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
3184                 else
3185                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
3186
3187                 /*
3188                  * When refaults are being observed, it means a new
3189                  * workingset is being established. Deactivate to get
3190                  * rid of any stale active pages quickly.
3191                  */
3192                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3193                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3194                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
3195                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
3196                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
3197                 else
3198                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
3199         } else
3200                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
3201
3202         /*
3203          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
3204          * thrashing, try to reclaim those first before touching
3205          * anonymous pages.
3206          */
3207         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
3208         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
3209                 sc->cache_trim_mode = 1;
3210         else
3211                 sc->cache_trim_mode = 0;
3212
3213         /*
3214          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
3215          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
3216          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
3217          * shrinks, so does the window for rotation from references.
3218          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
3219          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
3220          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
3221          */
3222         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3223                 unsigned long total_high_wmark = 0;
3224                 unsigned long free, anon;
3225                 int z;
3226
3227                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
3228                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
3229                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3230
3231                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
3232                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3233                         if (!managed_zone(zone))
3234                                 continue;
3235
3236                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
3237                 }
3238
3239                 /*
3240                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
3241                  * runaway file reclaim problem, but rather just
3242                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
3243                  */
3244                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3245
3246                 sc->file_is_tiny =
3247                         file + free <= total_high_wmark &&
3248                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
3249                         anon >> sc->priority;
3250         }
3251
3252         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
3253
3254         if (reclaim_state) {
3255                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
3256                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
3257         }
3258
3259         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
3260         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
3261                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
3262                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
3263
3264         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
3265                 reclaimable = true;
3266
3267         if (current_is_kswapd()) {
3268                 /*
3269                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
3270                  * it implies that the long-lived page allocation rate
3271                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
3272                  * global limits are not being effective at throttling
3273                  * processes due to the page distribution throughout
3274                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
3275                  * device. The only option is to throttle from reclaim
3276                  * context which is not ideal as there is no guarantee
3277                  * the dirtying process is throttled in the same way
3278                  * balance_dirty_pages() manages.
3279                  *
3280                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
3281                  * count the number of pages under pages flagged for
3282                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
3283                  * in the nr_immediate check below.
3284                  */
3285                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
3286                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3287
3288                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
3289                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
3290                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3291
3292                 /*
3293                  * If kswapd scans pages marked for immediate
3294                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
3295                  * implies that pages are cycling through the LRU
3296                  * faster than they are written so forcibly stall
3297                  * until some pages complete writeback.
3298                  */
3299                 if (sc->nr.immediate)
3300                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
3301         }
3302
3303         /*
3304          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
3305          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
3306          *
3307          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
3308          * stalling in reclaim_throttle().
3309          */
3310         if ((current_is_kswapd() ||
3311              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
3312             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
3313                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
3314
3315         /*
3316          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
3317          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
3318          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
3319          * the LRU too quickly.
3320          */
3321         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
3322             !sc->hibernation_mode &&
3323             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
3324                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
3325
3326         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
3327                                     sc))
3328                 goto again;
3329
3330         /*
3331          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
3332          * many failures to reclaim anything from them and goes to
3333          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
3334          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
3335          */
3336         if (reclaimable)
3337                 pgdat->kswapd_failures = 0;
3338 }
3339
3340 /*
3341  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
3342  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
3343  * should reclaim first.
3344  */
3345 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
3346 {
3347         unsigned long watermark;
3348         enum compact_result suitable;
3349
3350         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
3351         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
3352                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
3353                 return true;
3354         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
3355                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
3356                 return false;
3357
3358         /*
3359          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
3360          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
3361          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
3362          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
3363          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
3364          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
3365          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
3366          */
3367         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
3368
3369         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
3370 }
3371
3372 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3373 {
3374         /*
3375          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
3376          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
3377          */
3378         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
3379                 wait_queue_head_t *wqh;
3380
3381                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
3382                 if (waitqueue_active(wqh))
3383                         wake_up(wqh);
3384
3385                 return;
3386         }
3387
3388         /*
3389          * Do not throttle kswapd on NOPROGRESS as it will throttle on
3390          * VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages under
3391          * writeback and marked for immediate reclaim at the tail of
3392          * the LRU.
3393          */
3394         if (current_is_kswapd())
3395                 return;
3396
3397         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
3398         if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3399                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
3400 }
3401
3402 /*
3403  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
3404  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
3405  * request.
3406  *
3407  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
3408  * scan then give up on it.
3409  */
3410 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
3411 {
3412         struct zoneref *z;
3413         struct zone *zone;
3414         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3415         unsigned long nr_soft_scanned;
3416         gfp_t orig_mask;
3417         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3418
3419         /*
3420          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
3421          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
3422          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
3423          */
3424         orig_mask = sc->gfp_mask;
3425         if (buffer_heads_over_limit) {
3426                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3427                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
3428         }
3429
3430         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3431                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
3432                 /*
3433                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
3434                  * to global LRU.
3435                  */
3436                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3437                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
3438                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3439                                 continue;
3440
3441                         /*
3442                          * If we already have plenty of memory free for
3443                          * compaction in this zone, don't free any more.
3444                          * Even though compaction is invoked for any
3445                          * non-zero order, only frequent costly order
3446                          * reclamation is disruptive enough to become a
3447                          * noticeable problem, like transparent huge
3448                          * page allocations.
3449                          */
3450                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
3451                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3452                             compaction_ready(zone, sc)) {
3453                                 sc->compaction_ready = true;
3454                                 continue;
3455                         }
3456
3457                         /*
3458                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
3459                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
3460                          * node may be shrunk multiple times but in that case
3461                          * the user prefers lower zones being preserved.
3462                          */
3463                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3464                                 continue;
3465
3466                         /*
3467                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
3468                          * and returns the number of reclaimed pages and
3469                          * scanned pages. This works for global memory pressure
3470                          * and balancing, not for a memcg's limit.
3471                          */
3472                         nr_soft_scanned = 0;
3473                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
3474                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
3475                                                 &nr_soft_scanned);
3476                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3477                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
3478                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
3479                 }
3480
3481                 /* See comment about same check for global reclaim above */
3482                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3483                         continue;
3484                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3485                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
3486                 consider_reclaim_throttle(zone->zone_pgdat, sc);
3487         }
3488
3489         /*
3490          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
3491          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
3492          */
3493         sc->gfp_mask = orig_mask;
3494 }
3495
3496 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
3497 {
3498         struct lruvec *target_lruvec;
3499         unsigned long refaults;
3500
3501         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
3502         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3503         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3504         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3505         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3506 }
3507
3508 /*
3509  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3510  *
3511  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3512  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3513  *
3514  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3515  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3516  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3517  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3518  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3519  * work, and the allocation attempt will fail.
3520  *
3521  * returns:     0, if no pages reclaimed
3522  *              else, the number of pages reclaimed
3523  */
3524 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3525                                           struct scan_control *sc)
3526 {
3527         int initial_priority = sc->priority;
3528         pg_data_t *last_pgdat;
3529         struct zoneref *z;
3530         struct zone *zone;
3531 retry:
3532         delayacct_freepages_start();
3533
3534         if (!cgroup_reclaim(sc))
3535                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3536
3537         do {
3538                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3539                                 sc->priority);
3540                 sc->nr_scanned = 0;
3541                 shrink_zones(zonelist, sc);
3542
3543                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3544                         break;
3545
3546                 if (sc->compaction_ready)
3547                         break;
3548
3549                 /*
3550                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3551                  * writepage even in laptop mode.
3552                  */
3553                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3554                         sc->may_writepage = 1;
3555         } while (--sc->priority >= 0);
3556
3557         last_pgdat = NULL;
3558         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3559                                         sc->nodemask) {
3560                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3561                         continue;
3562                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3563
3564                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3565
3566                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3567                         struct lruvec *lruvec;
3568
3569                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3570                                                    zone->zone_pgdat);
3571                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3572                 }
3573         }
3574
3575         delayacct_freepages_end();
3576
3577         if (sc->nr_reclaimed)
3578                 return sc->nr_reclaimed;
3579
3580         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3581         if (sc->compaction_ready)
3582                 return 1;
3583
3584         /*
3585          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3586          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3587          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3588          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3589          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3590          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3591          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3592          */
3593         if (sc->skipped_deactivate) {
3594                 sc->priority = initial_priority;
3595                 sc->force_deactivate = 1;
3596                 sc->skipped_deactivate = 0;
3597                 goto retry;
3598         }
3599
3600         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3601         if (sc->memcg_low_skipped) {
3602                 sc->priority = initial_priority;
3603                 sc->force_deactivate = 0;
3604                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3605                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3606                 goto retry;
3607         }
3608
3609         return 0;
3610 }
3611
3612 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3613 {
3614         struct zone *zone;
3615         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3616         unsigned long free_pages = 0;
3617         int i;
3618         bool wmark_ok;
3619
3620         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3621                 return true;
3622
3623         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3624                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3625                 if (!managed_zone(zone))
3626                         continue;
3627
3628                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3629                         continue;
3630
3631                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3632                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3633         }
3634
3635         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3636         if (!pfmemalloc_reserve)
3637                 return true;
3638
3639         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3640
3641         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3642         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3643                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3644                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3645
3646                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3647         }
3648
3649         return wmark_ok;
3650 }
3651
3652 /*
3653  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3654  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3655  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3656  * when the low watermark is reached.
3657  *
3658  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3659  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3660  */
3661 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3662                                         nodemask_t *nodemask)
3663 {
3664         struct zoneref *z;
3665         struct zone *zone;
3666         pg_data_t *pgdat = NULL;
3667
3668         /*
3669          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3670          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3671          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3672          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3673          * processes to block on log_wait_commit().
3674          */
3675         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3676                 goto out;
3677
3678         /*
3679          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3680          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3681          */
3682         if (fatal_signal_pending(current))
3683                 goto out;
3684
3685         /*
3686          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3687          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3688          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3689          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3690          *
3691          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3692          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3693          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3694          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3695          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3696          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3697          * should make reasonable progress.
3698          */
3699         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3700                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3701                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3702                         continue;
3703
3704                 /* Throttle based on the first usable node */
3705                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3706                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3707                         goto out;
3708                 break;
3709         }
3710
3711         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3712         if (!pgdat)
3713                 goto out;
3714
3715         /* Account for the throttling */
3716         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3717
3718         /*
3719          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3720          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3721          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3722          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3723          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3724          * second before continuing.
3725          */
3726         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3727                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3728                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3729         else
3730                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
3731                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3732                         allow_direct_reclaim(pgdat));
3733
3734         if (fatal_signal_pending(current))
3735                 return true;
3736
3737 out:
3738         return false;
3739 }
3740
3741 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3742                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3743 {
3744         unsigned long nr_reclaimed;
3745         struct scan_control sc = {
3746                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3747                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3748                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3749                 .order = order,
3750                 .nodemask = nodemask,
3751                 .priority = DEF_PRIORITY,
3752                 .may_writepage = !laptop_mode,
3753                 .may_unmap = 1,
3754                 .may_swap = 1,
3755         };
3756
3757         /*
3758          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3759          * Confirm they are large enough for max values.
3760          */
3761         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3762         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3763         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3764
3765         /*
3766          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3767          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3768          * point.
3769          */
3770         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3771                 return 1;
3772
3773         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3774         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3775
3776         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3777
3778         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3779         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3780
3781         return nr_reclaimed;
3782 }
3783
3784 #ifdef CONFIG_MEMCG
3785
3786 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3787 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3788                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3789                                                 pg_data_t *pgdat,
3790                                                 unsigned long *nr_scanned)
3791 {
3792         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3793         struct scan_control sc = {
3794                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3795                 .target_mem_cgroup = memcg,
3796                 .may_writepage = !laptop_mode,
3797                 .may_unmap = 1,
3798                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3799                 .may_swap = !noswap,
3800         };
3801
3802         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3803
3804         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3805                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3806
3807         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3808                                                       sc.gfp_mask);
3809
3810         /*
3811          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3812          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3813          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3814          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3815          * the priority and make it zero.
3816          */
3817         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3818
3819         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3820
3821         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3822
3823         return sc.nr_reclaimed;
3824 }
3825
3826 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3827                                            unsigned long nr_pages,
3828                                            gfp_t gfp_mask,
3829                                            bool may_swap)
3830 {
3831         unsigned long nr_reclaimed;
3832         unsigned int noreclaim_flag;
3833         struct scan_control sc = {
3834                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3835                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3836                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3837                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3838                 .target_mem_cgroup = memcg,
3839                 .priority = DEF_PRIORITY,
3840                 .may_writepage = !laptop_mode,
3841                 .may_unmap = 1,
3842                 .may_swap = may_swap,
3843         };
3844         /*
3845          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3846          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3847          * the reclaim does not bail out early.
3848          */
3849         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3850
3851         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3852         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3853         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3854
3855         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3856
3857         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3858         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3859         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3860
3861         return nr_reclaimed;
3862 }
3863 #endif
3864
3865 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3866                                 struct scan_control *sc)
3867 {
3868         struct mem_cgroup *memcg;
3869         struct lruvec *lruvec;
3870
3871         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
3872                 return;
3873
3874         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3875         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3876                 return;
3877
3878         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3879         do {
3880                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3881                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3882                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3883                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3884         } while (memcg);
3885 }
3886
3887 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3888 {
3889         int i;
3890         struct zone *zone;
3891
3892         /*
3893          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3894          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3895          * should not be checked at the same time as reclaim would
3896          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3897          * zone is balanced.
3898          */
3899         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3900                 zone = pgdat->node_zones + i;
3901                 if (!managed_zone(zone))
3902                         continue;
3903
3904                 if (zone->watermark_boost)
3905                         return true;
3906         }
3907
3908         return false;
3909 }
3910
3911 /*
3912  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3913  * and highest_zoneidx
3914  */
3915 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3916 {
3917         int i;
3918         unsigned long mark = -1;
3919         struct zone *zone;
3920
3921         /*
3922          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3923          * meet watermarks.
3924          */
3925         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3926                 zone = pgdat->node_zones + i;
3927
3928                 if (!managed_zone(zone))
3929                         continue;
3930
3931                 mark = high_wmark_pages(zone);
3932                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3933                         return true;
3934         }
3935
3936         /*
3937          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3938          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3939          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3940          */
3941         if (mark == -1)
3942                 return true;
3943
3944         return false;
3945 }
3946
3947 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3948 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3949 {
3950         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3951
3952         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3953         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3954         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3955 }
3956
3957 /*
3958  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3959  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3960  *
3961  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3962  */
3963 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3964                                 int highest_zoneidx)
3965 {
3966         /*
3967          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3968          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3969          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3970          * throttled. There is also a potential race if processes get
3971          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3972          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3973          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3974          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3975          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3976          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3977          * that here we are under prepare_to_wait().
3978          */
3979         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3980                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3981
3982         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3983         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3984                 return true;
3985
3986         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3987                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3988                 return true;
3989         }
3990
3991         return false;
3992 }
3993
3994 /*
3995  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3996  * zone that is currently unbalanced.
3997  *
3998  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3999  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
4000  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
4001  */
4002 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
4003                                struct scan_control *sc)
4004 {
4005         struct zone *zone;
4006         int z;
4007
4008         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
4009         sc->nr_to_reclaim = 0;
4010         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
4011                 zone = pgdat->node_zones + z;
4012                 if (!managed_zone(zone))
4013                         continue;
4014
4015                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
4016         }
4017
4018         /*
4019          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
4020          * now pressure is applied based on node LRU order.
4021          */
4022         shrink_node(pgdat, sc);
4023
4024         /*
4025          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
4026          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
4027          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
4028          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
4029          * can direct reclaim/compact.
4030          */
4031         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
4032                 sc->order = 0;
4033
4034         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
4035 }
4036
4037 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
4038 static inline void
4039 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
4040 {
4041         int i;
4042         struct zone *zone;
4043
4044         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4045                 zone = pgdat->node_zones + i;
4046
4047                 if (!managed_zone(zone))
4048                         continue;
4049
4050                 if (active)
4051                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4052                 else
4053                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4054         }
4055 }
4056
4057 static inline void
4058 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4059 {
4060         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
4061 }
4062
4063 static inline void
4064 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4065 {
4066         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
4067 }
4068
4069 /*
4070  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
4071  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
4072  * balanced.
4073  *
4074  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
4075  *
4076  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
4077  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
4078  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
4079  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
4080  * balanced.
4081  */
4082 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
4083 {
4084         int i;
4085         unsigned long nr_soft_reclaimed;
4086         unsigned long nr_soft_scanned;
4087         unsigned long pflags;
4088         unsigned long nr_boost_reclaim;
4089         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
4090         bool boosted;
4091         struct zone *zone;
4092         struct scan_control sc = {
4093                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
4094                 .order = order,
4095                 .may_unmap = 1,
4096         };
4097
4098         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4099         psi_memstall_enter(&pflags);
4100         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4101
4102         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
4103
4104         /*
4105          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
4106          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
4107          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
4108          */
4109         nr_boost_reclaim = 0;
4110         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4111                 zone = pgdat->node_zones + i;
4112                 if (!managed_zone(zone))
4113                         continue;
4114
4115                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
4116                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
4117         }
4118         boosted = nr_boost_reclaim;
4119
4120 restart:
4121         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4122         sc.priority = DEF_PRIORITY;
4123         do {
4124                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
4125                 bool raise_priority = true;
4126                 bool balanced;
4127                 bool ret;
4128
4129                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
4130
4131                 /*
4132                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
4133                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
4134                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
4135                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
4136                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
4137                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
4138                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
4139                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
4140                  */
4141                 if (buffer_heads_over_limit) {
4142                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
4143                                 zone = pgdat->node_zones + i;
4144                                 if (!managed_zone(zone))
4145                                         continue;
4146
4147                                 sc.reclaim_idx = i;
4148                                 break;
4149                         }
4150                 }
4151
4152                 /*
4153                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
4154                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
4155                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
4156                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
4157                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
4158                  */
4159                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
4160                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
4161                         nr_boost_reclaim = 0;
4162                         goto restart;
4163                 }
4164
4165                 /*
4166                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
4167                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
4168                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
4169                  */
4170                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
4171                         goto out;
4172
4173                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
4174                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
4175                         raise_priority = false;
4176
4177                 /*
4178                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
4179                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
4180                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
4181                  * reclaim will be aborted.
4182                  */
4183                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
4184                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
4185
4186                 /*
4187                  * Do some background aging of the anon list, to give
4188                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
4189                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
4190                  * about consistent aging.
4191                  */
4192                 age_active_anon(pgdat, &sc);
4193
4194                 /*
4195                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
4196                  * even in laptop mode.
4197                  */
4198                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
4199                         sc.may_writepage = 1;
4200
4201                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
4202                 sc.nr_scanned = 0;
4203                 nr_soft_scanned = 0;
4204                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
4205                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
4206                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
4207
4208                 /*
4209                  * There should be no need to raise the scanning priority if
4210                  * enough pages are already being scanned that that high
4211                  * watermark would be met at 100% efficiency.
4212                  */
4213                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
4214                         raise_priority = false;
4215
4216                 /*
4217                  * If the low watermark is met there is no need for processes
4218                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
4219                  * able to safely make forward progress. Wake them
4220                  */
4221                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
4222                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
4223                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4224
4225                 /* Check if kswapd should be suspending */
4226                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4227                 ret = try_to_freeze();
4228                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4229                 if (ret || kthread_should_stop())
4230                         break;
4231
4232                 /*
4233                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
4234                  * progress in reclaiming pages
4235                  */
4236                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
4237                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
4238
4239                 /*
4240                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
4241                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
4242                  * extreme circumstances.
4243                  */
4244                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
4245                         break;
4246
4247                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
4248                         sc.priority--;
4249         } while (sc.priority >= 1);
4250
4251         if (!sc.nr_reclaimed)
4252                 pgdat->kswapd_failures++;
4253
4254 out:
4255         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4256
4257         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
4258         if (boosted) {
4259                 unsigned long flags;
4260
4261                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4262                         if (!zone_boosts[i])
4263                                 continue;
4264
4265                         /* Increments are under the zone lock */
4266                         zone = pgdat->node_zones + i;
4267                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4268                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
4269                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4270                 }
4271
4272                 /*
4273                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
4274                  * pageblocks.
4275                  */
4276                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
4277         }
4278
4279         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
4280         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4281         psi_memstall_leave(&pflags);
4282         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4283
4284         /*
4285          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
4286          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
4287          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
4288          * remain at the higher level.
4289          */
4290         return sc.order;
4291 }
4292
4293 /*
4294  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
4295  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
4296  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
4297  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
4298  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
4299  */
4300 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
4301                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
4302 {
4303         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4304
4305         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
4306 }
4307
4308 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
4309                                 unsigned int highest_zoneidx)
4310 {
4311         long remaining = 0;
4312         DEFINE_WAIT(wait);
4313
4314         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
4315                 return;
4316
4317         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4318
4319         /*
4320          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
4321          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
4322          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
4323          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
4324          * succeed.
4325          */
4326         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4327                 /*
4328                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
4329                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
4330                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
4331                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
4332                  */
4333                 reset_isolation_suitable(pgdat);
4334
4335                 /*
4336                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
4337                  * allocation of the requested order possible.
4338                  */
4339                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
4340
4341                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
4342
4343                 /*
4344                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
4345                  * order. The values will either be from a wakeup request or
4346                  * the previous request that slept prematurely.
4347                  */
4348                 if (remaining) {
4349                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
4350                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4351                                                         highest_zoneidx));
4352
4353                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
4354                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
4355                 }
4356
4357                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4358                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4359         }
4360
4361         /*
4362          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
4363          * go fully to sleep until explicitly woken up.
4364          */
4365         if (!remaining &&
4366             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4367                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
4368
4369                 /*
4370                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
4371                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
4372                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
4373                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
4374                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
4375                  * them before going back to sleep.
4376                  */
4377                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
4378
4379                 if (!kthread_should_stop())
4380                         schedule();
4381
4382                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
4383         } else {
4384                 if (remaining)
4385                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
4386                 else
4387                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
4388         }
4389         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4390 }
4391
4392 /*
4393  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
4394  * from the init process.
4395  *
4396  * This basically trickles out pages so that we have _some_
4397  * free memory available even if there is no other activity
4398  * that frees anything up. This is needed for things like routing
4399  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
4400  * asynchronous contexts that cannot page things out.
4401  *
4402  * If there are applications that are active memory-allocators
4403  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
4404  */
4405 static int kswapd(void *p)
4406 {
4407         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
4408         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
4409         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
4410         struct task_struct *tsk = current;
4411         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4412
4413         if (!cpumask_empty(cpumask))
4414                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
4415
4416         /*
4417          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
4418          * and that if we need more memory we should get access to it
4419          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
4420          * never get caught in the normal page freeing logic.
4421          *
4422          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
4423          * you need a small amount of memory in order to be able to
4424          * page out something else, and this flag essentially protects
4425          * us from recursively trying to free more memory as we're
4426          * trying to free the first piece of memory in the first place).
4427          */
4428         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
4429         set_freezable();
4430
4431         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4432         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4433         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
4434         for ( ; ; ) {
4435                 bool ret;
4436
4437                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4438                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4439                                                         highest_zoneidx);
4440
4441 kswapd_try_sleep:
4442                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
4443                                         highest_zoneidx);
4444
4445                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
4446                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4447                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4448                                                         highest_zoneidx);
4449                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4450                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4451
4452                 ret = try_to_freeze();
4453                 if (kthread_should_stop())
4454                         break;
4455
4456                 /*
4457                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
4458                  * after returning from the refrigerator
4459                  */
4460                 if (ret)
4461                         continue;
4462
4463                 /*
4464                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
4465                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
4466                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
4467                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
4468                  * but kcompactd is woken to compact for the original
4469                  * request (alloc_order).
4470                  */
4471                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
4472                                                 alloc_order);
4473                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
4474                                                 highest_zoneidx);
4475                 if (reclaim_order < alloc_order)
4476                         goto kswapd_try_sleep;
4477         }
4478
4479         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
4480
4481         return 0;
4482 }
4483
4484 /*
4485  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
4486  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
4487  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
4488  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
4489  * needed.
4490  */
4491 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
4492                    enum zone_type highest_zoneidx)
4493 {
4494         pg_data_t *pgdat;
4495         enum zone_type curr_idx;
4496
4497         if (!managed_zone(zone))
4498                 return;
4499
4500         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
4501                 return;
4502
4503         pgdat = zone->zone_pgdat;
4504         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4505
4506         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
4507                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
4508
4509         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
4510                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
4511
4512         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
4513                 return;
4514
4515         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
4516         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
4517             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
4518              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
4519                 /*
4520                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
4521                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
4522                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
4523                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
4524                  * ratelimit its work.
4525                  */
4526                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4527                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
4528                 return;
4529         }
4530
4531         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
4532                                       gfp_flags);
4533         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4534 }
4535
4536 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4537 /*
4538  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4539  * freed pages.
4540  *
4541  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4542  * LRU order by reclaiming preferentially
4543  * inactive > active > active referenced > active mapped
4544  */
4545 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4546 {
4547         struct scan_control sc = {
4548                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4549                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4550                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4551                 .priority = DEF_PRIORITY,
4552                 .may_writepage = 1,
4553                 .may_unmap = 1,
4554                 .may_swap = 1,
4555                 .hibernation_mode = 1,
4556         };
4557         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4558         unsigned long nr_reclaimed;
4559         unsigned int noreclaim_flag;
4560
4561         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4562         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4563         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4564
4565         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4566
4567         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4568         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4569         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4570
4571         return nr_reclaimed;
4572 }
4573 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4574
4575 /*
4576  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4577  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4578  */
4579 void kswapd_run(int nid)
4580 {
4581         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4582
4583         if (pgdat->kswapd)
4584                 return;
4585
4586         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4587         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4588                 /* failure at boot is fatal */
4589                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4590                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4591                 pgdat->kswapd = NULL;
4592         }
4593 }
4594
4595 /*
4596  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4597  * hold mem_hotplug_begin/end().
4598  */
4599 void kswapd_stop(int nid)
4600 {
4601         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4602
4603         if (kswapd) {
4604                 kthread_stop(kswapd);
4605                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4606         }
4607 }
4608
4609 static int __init kswapd_init(void)
4610 {
4611         int nid;
4612
4613         swap_setup();
4614         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4615                 kswapd_run(nid);
4616         return 0;
4617 }
4618
4619 module_init(kswapd_init)
4620
4621 #ifdef CONFIG_NUMA
4622 /*
4623  * Node reclaim mode
4624  *
4625  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4626  * the watermarks.
4627  */
4628 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4629
4630 /*
4631  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4632  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4633  * a zone.
4634  */
4635 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4636
4637 /*
4638  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4639  * occur.
4640  */
4641 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4642
4643 /*
4644  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4645  * slab reclaim needs to occur.
4646  */
4647 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4648
4649 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4650 {
4651         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4652         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4653                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4654
4655         /*
4656          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4657          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4658          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4659          */
4660         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4661 }
4662
4663 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4664 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4665 {
4666         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4667         unsigned long delta = 0;
4668
4669         /*
4670          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4671          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4672          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4673          * a better estimate
4674          */
4675         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4676                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4677         else
4678                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4679
4680         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4681         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4682                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4683
4684         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4685         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4686                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4687
4688         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4689 }
4690
4691 /*
4692  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4693  */
4694 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4695 {
4696         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4697         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4698         struct task_struct *p = current;
4699         unsigned int noreclaim_flag;
4700         struct scan_control sc = {
4701                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4702                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4703                 .order = order,
4704                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4705                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4706                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4707                 .may_swap = 1,
4708                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4709         };
4710         unsigned long pflags;
4711
4712         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4713                                            sc.gfp_mask);
4714
4715         cond_resched();
4716         psi_memstall_enter(&pflags);
4717         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4718         /*
4719          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4720          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4721          * and RECLAIM_UNMAP.
4722          */
4723         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4724         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4725         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4726
4727         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4728                 /*
4729                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4730                  * priorities until we have enough memory freed.
4731                  */
4732                 do {
4733                         shrink_node(pgdat, &sc);
4734                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4735         }
4736
4737         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4738         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4739         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4740         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4741         psi_memstall_leave(&pflags);
4742
4743         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4744
4745         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4746 }
4747
4748 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4749 {
4750         int ret;
4751
4752         /*
4753          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4754          * slab pages if we are over the defined limits.
4755          *
4756          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4757          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4758          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4759          * if less than a specified percentage of the node is used by
4760          * unmapped file backed pages.
4761          */
4762         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4763             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4764             pgdat->min_slab_pages)
4765                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4766
4767         /*
4768          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4769          */
4770         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4771                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4772
4773         /*
4774          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4775          * have associated processors. This will favor the local processor
4776          * over remote processors and spread off node memory allocations
4777          * as wide as possible.
4778          */
4779         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4780                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4781
4782         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4783                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4784
4785         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4786         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4787
4788         if (!ret)
4789                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4790
4791         return ret;
4792 }
4793 #endif
4794
4795 /**
4796  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4797  * appropriate zone lru list
4798  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4799  *
4800  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4801  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4802  * should be only used for lru pages.
4803  */
4804 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4805 {
4806         struct lruvec *lruvec = NULL;
4807         int pgscanned = 0;
4808         int pgrescued = 0;
4809         int i;
4810
4811         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4812                 struct page *page = pvec->pages[i];
4813                 struct folio *folio = page_folio(page);
4814                 int nr_pages;
4815
4816                 if (PageTransTail(page))
4817                         continue;
4818
4819                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4820                 pgscanned += nr_pages;
4821
4822                 /* block memcg migration during page moving between lru */
4823                 if (!TestClearPageLRU(page))
4824                         continue;
4825
4826                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
4827                 if (page_evictable(page) && PageUnevictable(page)) {
4828                         del_page_from_lru_list(page, lruvec);
4829                         ClearPageUnevictable(page);
4830                         add_page_to_lru_list(page, lruvec);
4831                         pgrescued += nr_pages;
4832                 }
4833                 SetPageLRU(page);
4834         }
4835
4836         if (lruvec) {
4837                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4838                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4839                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
4840         } else if (pgscanned) {
4841                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4842         }
4843 }
4844 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);