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