shmem: get_unmapped_area align huge page
[cascardo/linux.git] / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49 #include <linux/dax.h>
50
51 #include <asm/tlbflush.h>
52 #include <asm/div64.h>
53
54 #include <linux/swapops.h>
55 #include <linux/balloon_compaction.h>
56
57 #include "internal.h"
58
59 #define CREATE_TRACE_POINTS
60 #include <trace/events/vmscan.h>
61
62 struct scan_control {
63         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
64         unsigned long nr_to_reclaim;
65
66         /* This context's GFP mask */
67         gfp_t gfp_mask;
68
69         /* Allocation order */
70         int order;
71
72         /*
73          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
74          * are scanned.
75          */
76         nodemask_t      *nodemask;
77
78         /*
79          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
80          * primary target of this reclaim invocation.
81          */
82         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
83
84         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
85         int priority;
86
87         unsigned int may_writepage:1;
88
89         /* Can mapped pages be reclaimed? */
90         unsigned int may_unmap:1;
91
92         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
93         unsigned int may_swap:1;
94
95         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
96         unsigned int may_thrash: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         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
104         unsigned long nr_scanned;
105
106         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
107         unsigned long nr_reclaimed;
108 };
109
110 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
111 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
112         do {                                                            \
113                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
114                         struct page *prev;                              \
115                                                                         \
116                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
117                         prefetch(&prev->_field);                        \
118                 }                                                       \
119         } while (0)
120 #else
121 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
122 #endif
123
124 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
125 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
126         do {                                                            \
127                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
128                         struct page *prev;                              \
129                                                                         \
130                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
131                         prefetchw(&prev->_field);                       \
132                 }                                                       \
133         } while (0)
134 #else
135 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
136 #endif
137
138 /*
139  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
140  */
141 int vm_swappiness = 60;
142 /*
143  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
144  * zones.
145  */
146 unsigned long vm_total_pages;
147
148 static LIST_HEAD(shrinker_list);
149 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
150
151 #ifdef CONFIG_MEMCG
152 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
153 {
154         return !sc->target_mem_cgroup;
155 }
156
157 /**
158  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
159  * @sc: scan_control in question
160  *
161  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
162  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
163  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
164  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
165  * allocation and configurability.
166  *
167  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
168  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
169  */
170 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
171 {
172         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
173
174         if (!memcg)
175                 return true;
176 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
177         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
178                 return true;
179 #endif
180         return false;
181 }
182 #else
183 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
184 {
185         return true;
186 }
187
188 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
189 {
190         return true;
191 }
192 #endif
193
194 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
195 {
196         unsigned long nr;
197
198         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
199              zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
200              zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_FILE);
201
202         if (get_nr_swap_pages() > 0)
203                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
204                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_ANON) +
205                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_ANON);
206
207         return nr;
208 }
209
210 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
211 {
212         return zone_page_state_snapshot(zone, NR_PAGES_SCANNED) <
213                 zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
214 }
215
216 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
217 {
218         if (!mem_cgroup_disabled())
219                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
220
221         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
222 }
223
224 /*
225  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
226  */
227 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
228 {
229         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
230
231         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
232                 size *= nr_node_ids;
233
234         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
235         if (!shrinker->nr_deferred)
236                 return -ENOMEM;
237
238         down_write(&shrinker_rwsem);
239         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
240         up_write(&shrinker_rwsem);
241         return 0;
242 }
243 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
244
245 /*
246  * Remove one
247  */
248 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
249 {
250         down_write(&shrinker_rwsem);
251         list_del(&shrinker->list);
252         up_write(&shrinker_rwsem);
253         kfree(shrinker->nr_deferred);
254 }
255 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
256
257 #define SHRINK_BATCH 128
258
259 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
260                                     struct shrinker *shrinker,
261                                     unsigned long nr_scanned,
262                                     unsigned long nr_eligible)
263 {
264         unsigned long freed = 0;
265         unsigned long long delta;
266         long total_scan;
267         long freeable;
268         long nr;
269         long new_nr;
270         int nid = shrinkctl->nid;
271         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
272                                           : SHRINK_BATCH;
273
274         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
275         if (freeable == 0)
276                 return 0;
277
278         /*
279          * copy the current shrinker scan count into a local variable
280          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
281          * don't also do this scanning work.
282          */
283         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
284
285         total_scan = nr;
286         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
287         delta *= freeable;
288         do_div(delta, nr_eligible + 1);
289         total_scan += delta;
290         if (total_scan < 0) {
291                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
292                        shrinker->scan_objects, total_scan);
293                 total_scan = freeable;
294         }
295
296         /*
297          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
298          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
299          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
300          * nr being built up so when a shrink that can do some work
301          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
302          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
303          * memory.
304          *
305          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
306          * a large delta change is calculated directly.
307          */
308         if (delta < freeable / 4)
309                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
310
311         /*
312          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
313          * never try to free more than twice the estimate number of
314          * freeable entries.
315          */
316         if (total_scan > freeable * 2)
317                 total_scan = freeable * 2;
318
319         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
320                                    nr_scanned, nr_eligible,
321                                    freeable, delta, total_scan);
322
323         /*
324          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
325          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
326          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
327          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
328          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
329          * objects spread over several slabs with usage less than the
330          * batch_size.
331          *
332          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
333          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
334          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
335          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
336          * possible.
337          */
338         while (total_scan >= batch_size ||
339                total_scan >= freeable) {
340                 unsigned long ret;
341                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
342
343                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
344                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
345                 if (ret == SHRINK_STOP)
346                         break;
347                 freed += ret;
348
349                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
350                 total_scan -= nr_to_scan;
351
352                 cond_resched();
353         }
354
355         /*
356          * move the unused scan count back into the shrinker in a
357          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
358          * scan, there is no need to do an update.
359          */
360         if (total_scan > 0)
361                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
362                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
363         else
364                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
365
366         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
367         return freed;
368 }
369
370 /**
371  * shrink_slab - shrink slab caches
372  * @gfp_mask: allocation context
373  * @nid: node whose slab caches to target
374  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
375  * @nr_scanned: pressure numerator
376  * @nr_eligible: pressure denominator
377  *
378  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
379  *
380  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
381  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
382  *
383  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
384  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
385  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
386  * shrinkers are called.
387  *
388  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
389  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
390  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
391  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
392  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
393  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
394  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
395  *
396  * Returns the number of reclaimed slab objects.
397  */
398 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
399                                  struct mem_cgroup *memcg,
400                                  unsigned long nr_scanned,
401                                  unsigned long nr_eligible)
402 {
403         struct shrinker *shrinker;
404         unsigned long freed = 0;
405
406         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
407                 return 0;
408
409         if (nr_scanned == 0)
410                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
411
412         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
413                 /*
414                  * If we would return 0, our callers would understand that we
415                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
416                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
417                  * time.
418                  */
419                 freed = 1;
420                 goto out;
421         }
422
423         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
424                 struct shrink_control sc = {
425                         .gfp_mask = gfp_mask,
426                         .nid = nid,
427                         .memcg = memcg,
428                 };
429
430                 /*
431                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
432                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
433                  * passing NULL for memcg.
434                  */
435                 if (memcg_kmem_enabled() &&
436                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
437                         continue;
438
439                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
440                         sc.nid = 0;
441
442                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
443         }
444
445         up_read(&shrinker_rwsem);
446 out:
447         cond_resched();
448         return freed;
449 }
450
451 void drop_slab_node(int nid)
452 {
453         unsigned long freed;
454
455         do {
456                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
457
458                 freed = 0;
459                 do {
460                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
461                                              1000, 1000);
462                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
463         } while (freed > 10);
464 }
465
466 void drop_slab(void)
467 {
468         int nid;
469
470         for_each_online_node(nid)
471                 drop_slab_node(nid);
472 }
473
474 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
475 {
476         /*
477          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
478          * that isolated the page, the page cache radix tree and
479          * optional buffer heads at page->private.
480          */
481         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
482 }
483
484 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
485 {
486         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
487                 return 1;
488         if (!inode_write_congested(inode))
489                 return 1;
490         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
491                 return 1;
492         return 0;
493 }
494
495 /*
496  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
497  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
498  * fsync(), msync() or close().
499  *
500  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
501  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
502  * that page is locked, the mapping is pinned.
503  *
504  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
505  * __GFP_FS.
506  */
507 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
508                                 struct page *page, int error)
509 {
510         lock_page(page);
511         if (page_mapping(page) == mapping)
512                 mapping_set_error(mapping, error);
513         unlock_page(page);
514 }
515
516 /* possible outcome of pageout() */
517 typedef enum {
518         /* failed to write page out, page is locked */
519         PAGE_KEEP,
520         /* move page to the active list, page is locked */
521         PAGE_ACTIVATE,
522         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
523         PAGE_SUCCESS,
524         /* page is clean and locked */
525         PAGE_CLEAN,
526 } pageout_t;
527
528 /*
529  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
530  * Calls ->writepage().
531  */
532 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
533                          struct scan_control *sc)
534 {
535         /*
536          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
537          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
538          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
539          * stalls if we need to run get_block().  We could test
540          * PagePrivate for that.
541          *
542          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
543          * this page's queue, we can perform writeback even if that
544          * will block.
545          *
546          * If the page is swapcache, write it back even if that would
547          * block, for some throttling. This happens by accident, because
548          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
549          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
550          */
551         if (!is_page_cache_freeable(page))
552                 return PAGE_KEEP;
553         if (!mapping) {
554                 /*
555                  * Some data journaling orphaned pages can have
556                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
557                  */
558                 if (page_has_private(page)) {
559                         if (try_to_free_buffers(page)) {
560                                 ClearPageDirty(page);
561                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
562                                 return PAGE_CLEAN;
563                         }
564                 }
565                 return PAGE_KEEP;
566         }
567         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
568                 return PAGE_ACTIVATE;
569         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
570                 return PAGE_KEEP;
571
572         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
573                 int res;
574                 struct writeback_control wbc = {
575                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
576                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
577                         .range_start = 0,
578                         .range_end = LLONG_MAX,
579                         .for_reclaim = 1,
580                 };
581
582                 SetPageReclaim(page);
583                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
584                 if (res < 0)
585                         handle_write_error(mapping, page, res);
586                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
587                         ClearPageReclaim(page);
588                         return PAGE_ACTIVATE;
589                 }
590
591                 if (!PageWriteback(page)) {
592                         /* synchronous write or broken a_ops? */
593                         ClearPageReclaim(page);
594                 }
595                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
596                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
597                 return PAGE_SUCCESS;
598         }
599
600         return PAGE_CLEAN;
601 }
602
603 /*
604  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
605  * gets returned with a refcount of 0.
606  */
607 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
608                             bool reclaimed)
609 {
610         unsigned long flags;
611
612         BUG_ON(!PageLocked(page));
613         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
614
615         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
616         /*
617          * The non racy check for a busy page.
618          *
619          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
620          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
621          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
622          * here, then the following race may occur:
623          *
624          * get_user_pages(&page);
625          * [user mapping goes away]
626          * write_to(page);
627          *                              !PageDirty(page)    [good]
628          * SetPageDirty(page);
629          * put_page(page);
630          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
631          *
632          * [oops, our write_to data is lost]
633          *
634          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
635          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
636          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
637          *
638          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
639          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
640          */
641         if (!page_ref_freeze(page, 2))
642                 goto cannot_free;
643         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
644         if (unlikely(PageDirty(page))) {
645                 page_ref_unfreeze(page, 2);
646                 goto cannot_free;
647         }
648
649         if (PageSwapCache(page)) {
650                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
651                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
652                 __delete_from_swap_cache(page);
653                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
654                 swapcache_free(swap);
655         } else {
656                 void (*freepage)(struct page *);
657                 void *shadow = NULL;
658
659                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
660                 /*
661                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
662                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
663                  *
664                  * But don't store shadows in an address space that is
665                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
666                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
667                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
668                  * back.
669                  *
670                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
671                  * only page cache pages found in these are zero pages
672                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
673                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
674                  * same page_tree.
675                  */
676                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
677                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
678                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
679                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
680                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
681
682                 if (freepage != NULL)
683                         freepage(page);
684         }
685
686         return 1;
687
688 cannot_free:
689         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
690         return 0;
691 }
692
693 /*
694  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
695  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
696  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
697  * this page.
698  */
699 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
700 {
701         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
702                 /*
703                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
704                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
705                  * atomic operation.
706                  */
707                 page_ref_unfreeze(page, 1);
708                 return 1;
709         }
710         return 0;
711 }
712
713 /**
714  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
715  * @page: page to be put back to appropriate lru list
716  *
717  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
718  * Page may still be unevictable for other reasons.
719  *
720  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
721  */
722 void putback_lru_page(struct page *page)
723 {
724         bool is_unevictable;
725         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
726
727         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
728
729 redo:
730         ClearPageUnevictable(page);
731
732         if (page_evictable(page)) {
733                 /*
734                  * For evictable pages, we can use the cache.
735                  * In event of a race, worst case is we end up with an
736                  * unevictable page on [in]active list.
737                  * We know how to handle that.
738                  */
739                 is_unevictable = false;
740                 lru_cache_add(page);
741         } else {
742                 /*
743                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
744                  * list.
745                  */
746                 is_unevictable = true;
747                 add_page_to_unevictable_list(page);
748                 /*
749                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
750                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
751                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
752                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
753                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
754                  * the page back to the evictable list.
755                  *
756                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
757                  */
758                 smp_mb();
759         }
760
761         /*
762          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
763          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
764          * check after we added it to the list, again.
765          */
766         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
767                 if (!isolate_lru_page(page)) {
768                         put_page(page);
769                         goto redo;
770                 }
771                 /* This means someone else dropped this page from LRU
772                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
773                  * nothing to do here.
774                  */
775         }
776
777         if (was_unevictable && !is_unevictable)
778                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
779         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
780                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
781
782         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
783 }
784
785 enum page_references {
786         PAGEREF_RECLAIM,
787         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
788         PAGEREF_KEEP,
789         PAGEREF_ACTIVATE,
790 };
791
792 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
793                                                   struct scan_control *sc)
794 {
795         int referenced_ptes, referenced_page;
796         unsigned long vm_flags;
797
798         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
799                                           &vm_flags);
800         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
801
802         /*
803          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
804          * move the page to the unevictable list.
805          */
806         if (vm_flags & VM_LOCKED)
807                 return PAGEREF_RECLAIM;
808
809         if (referenced_ptes) {
810                 if (PageSwapBacked(page))
811                         return PAGEREF_ACTIVATE;
812                 /*
813                  * All mapped pages start out with page table
814                  * references from the instantiating fault, so we need
815                  * to look twice if a mapped file page is used more
816                  * than once.
817                  *
818                  * Mark it and spare it for another trip around the
819                  * inactive list.  Another page table reference will
820                  * lead to its activation.
821                  *
822                  * Note: the mark is set for activated pages as well
823                  * so that recently deactivated but used pages are
824                  * quickly recovered.
825                  */
826                 SetPageReferenced(page);
827
828                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
829                         return PAGEREF_ACTIVATE;
830
831                 /*
832                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
833                  */
834                 if (vm_flags & VM_EXEC)
835                         return PAGEREF_ACTIVATE;
836
837                 return PAGEREF_KEEP;
838         }
839
840         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
841         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
842                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
843
844         return PAGEREF_RECLAIM;
845 }
846
847 /* Check if a page is dirty or under writeback */
848 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
849                                        bool *dirty, bool *writeback)
850 {
851         struct address_space *mapping;
852
853         /*
854          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
855          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
856          */
857         if (!page_is_file_cache(page)) {
858                 *dirty = false;
859                 *writeback = false;
860                 return;
861         }
862
863         /* By default assume that the page flags are accurate */
864         *dirty = PageDirty(page);
865         *writeback = PageWriteback(page);
866
867         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
868         if (!page_has_private(page))
869                 return;
870
871         mapping = page_mapping(page);
872         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
873                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
874 }
875
876 /*
877  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
878  */
879 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
880                                       struct zone *zone,
881                                       struct scan_control *sc,
882                                       enum ttu_flags ttu_flags,
883                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
884                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
885                                       unsigned long *ret_nr_congested,
886                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
887                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
888                                       bool force_reclaim)
889 {
890         LIST_HEAD(ret_pages);
891         LIST_HEAD(free_pages);
892         int pgactivate = 0;
893         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
894         unsigned long nr_dirty = 0;
895         unsigned long nr_congested = 0;
896         unsigned long nr_reclaimed = 0;
897         unsigned long nr_writeback = 0;
898         unsigned long nr_immediate = 0;
899
900         cond_resched();
901
902         while (!list_empty(page_list)) {
903                 struct address_space *mapping;
904                 struct page *page;
905                 int may_enter_fs;
906                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
907                 bool dirty, writeback;
908                 bool lazyfree = false;
909                 int ret = SWAP_SUCCESS;
910
911                 cond_resched();
912
913                 page = lru_to_page(page_list);
914                 list_del(&page->lru);
915
916                 if (!trylock_page(page))
917                         goto keep;
918
919                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
920                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
921
922                 sc->nr_scanned++;
923
924                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
925                         goto cull_mlocked;
926
927                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
928                         goto keep_locked;
929
930                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
931                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
932                         sc->nr_scanned++;
933
934                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
935                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
936
937                 /*
938                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
939                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
940                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
941                  * is all dirty unqueued pages.
942                  */
943                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
944                 if (dirty || writeback)
945                         nr_dirty++;
946
947                 if (dirty && !writeback)
948                         nr_unqueued_dirty++;
949
950                 /*
951                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
952                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
953                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
954                  * end of the LRU a second time.
955                  */
956                 mapping = page_mapping(page);
957                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
958                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
959                     (writeback && PageReclaim(page)))
960                         nr_congested++;
961
962                 /*
963                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
964                  * are three cases to consider.
965                  *
966                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
967                  *    under writeback and this page is both under writeback and
968                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
969                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
970                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
971                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
972                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
973                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
974                  *    caller can stall after page list has been processed.
975                  *
976                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
977                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
978                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
979                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
980                  *    reclaim and continue scanning.
981                  *
982                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
983                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
984                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
985                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
986                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
987                  *    would probably show more reasons.
988                  *
989                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
990                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
991                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
992                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
993                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
994                  */
995                 if (PageWriteback(page)) {
996                         /* Case 1 above */
997                         if (current_is_kswapd() &&
998                             PageReclaim(page) &&
999                             test_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags)) {
1000                                 nr_immediate++;
1001                                 goto keep_locked;
1002
1003                         /* Case 2 above */
1004                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1005                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1006                                 /*
1007                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1008                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1009                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1010                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1011                                  * enough to care.  What we do want is for this
1012                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1013                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1014                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1015                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1016                                  */
1017                                 SetPageReclaim(page);
1018                                 nr_writeback++;
1019                                 goto keep_locked;
1020
1021                         /* Case 3 above */
1022                         } else {
1023                                 unlock_page(page);
1024                                 wait_on_page_writeback(page);
1025                                 /* then go back and try same page again */
1026                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1027                                 continue;
1028                         }
1029                 }
1030
1031                 if (!force_reclaim)
1032                         references = page_check_references(page, sc);
1033
1034                 switch (references) {
1035                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1036                         goto activate_locked;
1037                 case PAGEREF_KEEP:
1038                         goto keep_locked;
1039                 case PAGEREF_RECLAIM:
1040                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1041                         ; /* try to reclaim the page below */
1042                 }
1043
1044                 /*
1045                  * Anonymous process memory has backing store?
1046                  * Try to allocate it some swap space here.
1047                  */
1048                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1049                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1050                                 goto keep_locked;
1051                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1052                                 goto activate_locked;
1053                         lazyfree = true;
1054                         may_enter_fs = 1;
1055
1056                         /* Adding to swap updated mapping */
1057                         mapping = page_mapping(page);
1058                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1059                         /* Split file THP */
1060                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1061                                 goto keep_locked;
1062                 }
1063
1064                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransHuge(page), page);
1065
1066                 /*
1067                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1068                  * processes. Try to unmap it here.
1069                  */
1070                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1071                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1072                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1073                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1074                         case SWAP_FAIL:
1075                                 goto activate_locked;
1076                         case SWAP_AGAIN:
1077                                 goto keep_locked;
1078                         case SWAP_MLOCK:
1079                                 goto cull_mlocked;
1080                         case SWAP_LZFREE:
1081                                 goto lazyfree;
1082                         case SWAP_SUCCESS:
1083                                 ; /* try to free the page below */
1084                         }
1085                 }
1086
1087                 if (PageDirty(page)) {
1088                         /*
1089                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1090                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1091                          * if many dirty pages have been encountered.
1092                          */
1093                         if (page_is_file_cache(page) &&
1094                                         (!current_is_kswapd() ||
1095                                          !test_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags))) {
1096                                 /*
1097                                  * Immediately reclaim when written back.
1098                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1099                                  * except we already have the page isolated
1100                                  * and know it's dirty
1101                                  */
1102                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1103                                 SetPageReclaim(page);
1104
1105                                 goto keep_locked;
1106                         }
1107
1108                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1109                                 goto keep_locked;
1110                         if (!may_enter_fs)
1111                                 goto keep_locked;
1112                         if (!sc->may_writepage)
1113                                 goto keep_locked;
1114
1115                         /*
1116                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1117                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1118                          * starts and then write it out here.
1119                          */
1120                         try_to_unmap_flush_dirty();
1121                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1122                         case PAGE_KEEP:
1123                                 goto keep_locked;
1124                         case PAGE_ACTIVATE:
1125                                 goto activate_locked;
1126                         case PAGE_SUCCESS:
1127                                 if (PageWriteback(page))
1128                                         goto keep;
1129                                 if (PageDirty(page))
1130                                         goto keep;
1131
1132                                 /*
1133                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1134                                  * ahead and try to reclaim the page.
1135                                  */
1136                                 if (!trylock_page(page))
1137                                         goto keep;
1138                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1139                                         goto keep_locked;
1140                                 mapping = page_mapping(page);
1141                         case PAGE_CLEAN:
1142                                 ; /* try to free the page below */
1143                         }
1144                 }
1145
1146                 /*
1147                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1148                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1149                  * the page as well.
1150                  *
1151                  * We do this even if the page is PageDirty().
1152                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1153                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1154                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1155                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1156                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1157                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1158                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1159                  *
1160                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1161                  * the pages which were not successfully invalidated in
1162                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1163                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1164                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1165                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1166                  */
1167                 if (page_has_private(page)) {
1168                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1169                                 goto activate_locked;
1170                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1171                                 unlock_page(page);
1172                                 if (put_page_testzero(page))
1173                                         goto free_it;
1174                                 else {
1175                                         /*
1176                                          * rare race with speculative reference.
1177                                          * the speculative reference will free
1178                                          * this page shortly, so we may
1179                                          * increment nr_reclaimed here (and
1180                                          * leave it off the LRU).
1181                                          */
1182                                         nr_reclaimed++;
1183                                         continue;
1184                                 }
1185                         }
1186                 }
1187
1188 lazyfree:
1189                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1190                         goto keep_locked;
1191
1192                 /*
1193                  * At this point, we have no other references and there is
1194                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1195                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1196                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1197                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1198                  */
1199                 __ClearPageLocked(page);
1200 free_it:
1201                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1202                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1203
1204                 nr_reclaimed++;
1205
1206                 /*
1207                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1208                  * appear not as the counts should be low
1209                  */
1210                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1211                 continue;
1212
1213 cull_mlocked:
1214                 if (PageSwapCache(page))
1215                         try_to_free_swap(page);
1216                 unlock_page(page);
1217                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1218                 continue;
1219
1220 activate_locked:
1221                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1222                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1223                         try_to_free_swap(page);
1224                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1225                 SetPageActive(page);
1226                 pgactivate++;
1227 keep_locked:
1228                 unlock_page(page);
1229 keep:
1230                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1231                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1232         }
1233
1234         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1235         try_to_unmap_flush();
1236         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1237
1238         list_splice(&ret_pages, page_list);
1239         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1240
1241         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1242         *ret_nr_congested += nr_congested;
1243         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1244         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1245         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1246         return nr_reclaimed;
1247 }
1248
1249 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1250                                             struct list_head *page_list)
1251 {
1252         struct scan_control sc = {
1253                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1254                 .priority = DEF_PRIORITY,
1255                 .may_unmap = 1,
1256         };
1257         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1258         struct page *page, *next;
1259         LIST_HEAD(clean_pages);
1260
1261         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1262                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1263                     !__PageMovable(page)) {
1264                         ClearPageActive(page);
1265                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1266                 }
1267         }
1268
1269         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1270                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1271                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1272         list_splice(&clean_pages, page_list);
1273         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1274         return ret;
1275 }
1276
1277 /*
1278  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1279  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1280  * freed elsewhere are also ignored.
1281  *
1282  * page:        page to consider
1283  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1284  *
1285  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1286  */
1287 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1288 {
1289         int ret = -EINVAL;
1290
1291         /* Only take pages on the LRU. */
1292         if (!PageLRU(page))
1293                 return ret;
1294
1295         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1296         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1297                 return ret;
1298
1299         ret = -EBUSY;
1300
1301         /*
1302          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1303          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1304          * blocking - clean pages for the most part.
1305          *
1306          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1307          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1308          *
1309          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1310          * that it is possible to migrate without blocking
1311          */
1312         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1313                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1314                 if (PageWriteback(page))
1315                         return ret;
1316
1317                 if (PageDirty(page)) {
1318                         struct address_space *mapping;
1319
1320                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1321                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1322                                 return ret;
1323
1324                         /*
1325                          * Only pages without mappings or that have a
1326                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1327                          * without blocking
1328                          */
1329                         mapping = page_mapping(page);
1330                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1331                                 return ret;
1332                 }
1333         }
1334
1335         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1336                 return ret;
1337
1338         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1339                 /*
1340                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1341                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1342                  * page release code relies on it.
1343                  */
1344                 ClearPageLRU(page);
1345                 ret = 0;
1346         }
1347
1348         return ret;
1349 }
1350
1351 /*
1352  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1353  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1354  * and working on them outside the LRU lock.
1355  *
1356  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1357  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1358  *
1359  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1360  *
1361  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1362  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1363  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1364  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1365  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1366  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1367  * @lru:        LRU list id for isolating
1368  *
1369  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1370  */
1371 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1372                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1373                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1374                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1375 {
1376         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1377         unsigned long nr_taken = 0;
1378         unsigned long scan;
1379
1380         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1381                                         !list_empty(src); scan++) {
1382                 struct page *page;
1383
1384                 page = lru_to_page(src);
1385                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1386
1387                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1388
1389                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1390                 case 0:
1391                         nr_taken += hpage_nr_pages(page);
1392                         list_move(&page->lru, dst);
1393                         break;
1394
1395                 case -EBUSY:
1396                         /* else it is being freed elsewhere */
1397                         list_move(&page->lru, src);
1398                         continue;
1399
1400                 default:
1401                         BUG();
1402                 }
1403         }
1404
1405         *nr_scanned = scan;
1406         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1407                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1408         return nr_taken;
1409 }
1410
1411 /**
1412  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1413  * @page: page to isolate from its LRU list
1414  *
1415  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1416  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1417  *
1418  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1419  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1420  *
1421  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1422  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1423  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1424  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1425  *
1426  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1427  * found will be decremented.
1428  *
1429  * Restrictions:
1430  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1431  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1432  *     without a stable reference).
1433  * (2) the lru_lock must not be held.
1434  * (3) interrupts must be enabled.
1435  */
1436 int isolate_lru_page(struct page *page)
1437 {
1438         int ret = -EBUSY;
1439
1440         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1441         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1442
1443         if (PageLRU(page)) {
1444                 struct zone *zone = page_zone(page);
1445                 struct lruvec *lruvec;
1446
1447                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1448                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1449                 if (PageLRU(page)) {
1450                         int lru = page_lru(page);
1451                         get_page(page);
1452                         ClearPageLRU(page);
1453                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1454                         ret = 0;
1455                 }
1456                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1457         }
1458         return ret;
1459 }
1460
1461 /*
1462  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1463  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1464  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1465  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1466  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1467  */
1468 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1469                 struct scan_control *sc)
1470 {
1471         unsigned long inactive, isolated;
1472
1473         if (current_is_kswapd())
1474                 return 0;
1475
1476         if (!sane_reclaim(sc))
1477                 return 0;
1478
1479         if (file) {
1480                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1481                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1482         } else {
1483                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1484                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1485         }
1486
1487         /*
1488          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1489          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1490          * deadlock.
1491          */
1492         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1493                 inactive >>= 3;
1494
1495         return isolated > inactive;
1496 }
1497
1498 static noinline_for_stack void
1499 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1500 {
1501         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1502         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1503         LIST_HEAD(pages_to_free);
1504
1505         /*
1506          * Put back any unfreeable pages.
1507          */
1508         while (!list_empty(page_list)) {
1509                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1510                 int lru;
1511
1512                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1513                 list_del(&page->lru);
1514                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1515                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1516                         putback_lru_page(page);
1517                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1518                         continue;
1519                 }
1520
1521                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1522
1523                 SetPageLRU(page);
1524                 lru = page_lru(page);
1525                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1526
1527                 if (is_active_lru(lru)) {
1528                         int file = is_file_lru(lru);
1529                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1530                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1531                 }
1532                 if (put_page_testzero(page)) {
1533                         __ClearPageLRU(page);
1534                         __ClearPageActive(page);
1535                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1536
1537                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1538                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1539                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1540                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1541                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1542                         } else
1543                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1544                 }
1545         }
1546
1547         /*
1548          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1549          */
1550         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1555  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1556  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1557  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1558  */
1559 static int current_may_throttle(void)
1560 {
1561         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1562                 current->backing_dev_info == NULL ||
1563                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1564 }
1565
1566 /*
1567  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1568  * of reclaimed pages
1569  */
1570 static noinline_for_stack unsigned long
1571 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1572                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1573 {
1574         LIST_HEAD(page_list);
1575         unsigned long nr_scanned;
1576         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1577         unsigned long nr_taken;
1578         unsigned long nr_dirty = 0;
1579         unsigned long nr_congested = 0;
1580         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1581         unsigned long nr_writeback = 0;
1582         unsigned long nr_immediate = 0;
1583         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1584         int file = is_file_lru(lru);
1585         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1586         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1587
1588         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1589                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1590
1591                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1592                 if (fatal_signal_pending(current))
1593                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1594         }
1595
1596         lru_add_drain();
1597
1598         if (!sc->may_unmap)
1599                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1600         if (!sc->may_writepage)
1601                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1602
1603         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1604
1605         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1606                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1607
1608         update_lru_size(lruvec, lru, -nr_taken);
1609         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1610         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1611
1612         if (global_reclaim(sc)) {
1613                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1614                 if (current_is_kswapd())
1615                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1616                 else
1617                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1618         }
1619         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1620
1621         if (nr_taken == 0)
1622                 return 0;
1623
1624         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1625                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1626                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1627                                 false);
1628
1629         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1630
1631         if (global_reclaim(sc)) {
1632                 if (current_is_kswapd())
1633                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1634                                                nr_reclaimed);
1635                 else
1636                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1637                                                nr_reclaimed);
1638         }
1639
1640         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1641
1642         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1643
1644         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1645
1646         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1647         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1648
1649         /*
1650          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1651          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1652          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1653          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1654          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1655          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1656          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1657          * same way balance_dirty_pages() manages.
1658          *
1659          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1660          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1661          * are encountered in the nr_immediate check below.
1662          */
1663         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1664                 set_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
1665
1666         /*
1667          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1668          * stalling here.
1669          */
1670         if (sane_reclaim(sc)) {
1671                 /*
1672                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1673                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1674                  */
1675                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1676                         set_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
1677
1678                 /*
1679                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1680                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1681                  * the zone ZONE_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1682                  * reclaim context.
1683                  */
1684                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1685                         set_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
1686
1687                 /*
1688                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1689                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1690                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1691                  * they are written so also forcibly stall.
1692                  */
1693                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1694                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1695         }
1696
1697         /*
1698          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1699          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1700          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1701          */
1702         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1703             current_may_throttle())
1704                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1705
1706         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone, nr_scanned, nr_reclaimed,
1707                         sc->priority, file);
1708         return nr_reclaimed;
1709 }
1710
1711 /*
1712  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1713  *
1714  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1715  * processes, from rmap.
1716  *
1717  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1718  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1719  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1720  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1721  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1722  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1723  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1724  *
1725  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1726  * But we had to alter page->flags anyway.
1727  */
1728
1729 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1730                                      struct list_head *list,
1731                                      struct list_head *pages_to_free,
1732                                      enum lru_list lru)
1733 {
1734         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1735         unsigned long pgmoved = 0;
1736         struct page *page;
1737         int nr_pages;
1738
1739         while (!list_empty(list)) {
1740                 page = lru_to_page(list);
1741                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1742
1743                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1744                 SetPageLRU(page);
1745
1746                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1747                 update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1748                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1749                 pgmoved += nr_pages;
1750
1751                 if (put_page_testzero(page)) {
1752                         __ClearPageLRU(page);
1753                         __ClearPageActive(page);
1754                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1755
1756                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1757                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1758                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1759                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1760                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1761                         } else
1762                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1763                 }
1764         }
1765
1766         if (!is_active_lru(lru))
1767                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1768 }
1769
1770 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1771                                struct lruvec *lruvec,
1772                                struct scan_control *sc,
1773                                enum lru_list lru)
1774 {
1775         unsigned long nr_taken;
1776         unsigned long nr_scanned;
1777         unsigned long vm_flags;
1778         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1779         LIST_HEAD(l_active);
1780         LIST_HEAD(l_inactive);
1781         struct page *page;
1782         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1783         unsigned long nr_rotated = 0;
1784         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1785         int file = is_file_lru(lru);
1786         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1787
1788         lru_add_drain();
1789
1790         if (!sc->may_unmap)
1791                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1792         if (!sc->may_writepage)
1793                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1794
1795         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1796
1797         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1798                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1799
1800         update_lru_size(lruvec, lru, -nr_taken);
1801         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1802         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1803
1804         if (global_reclaim(sc))
1805                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1806         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1807
1808         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1809
1810         while (!list_empty(&l_hold)) {
1811                 cond_resched();
1812                 page = lru_to_page(&l_hold);
1813                 list_del(&page->lru);
1814
1815                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1816                         putback_lru_page(page);
1817                         continue;
1818                 }
1819
1820                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1821                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1822                                 if (page_has_private(page))
1823                                         try_to_release_page(page, 0);
1824                                 unlock_page(page);
1825                         }
1826                 }
1827
1828                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1829                                     &vm_flags)) {
1830                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1831                         /*
1832                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1833                          * give them one more trip around the active list. So
1834                          * that executable code get better chances to stay in
1835                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1836                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1837                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1838                          * so we ignore them here.
1839                          */
1840                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1841                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1842                                 continue;
1843                         }
1844                 }
1845
1846                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1847                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1848         }
1849
1850         /*
1851          * Move pages back to the lru list.
1852          */
1853         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1854         /*
1855          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1856          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1857          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1858          * get_scan_count.
1859          */
1860         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1861
1862         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1863         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1864         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1865         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1866
1867         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1868         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1869 }
1870
1871 /*
1872  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
1873  * to do too much work.
1874  *
1875  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
1876  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
1877  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
1878  *
1879  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
1880  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
1881  *
1882  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
1883  * on this LRU, maintained by the pageout code. A zone->inactive_ratio
1884  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
1885  *
1886  * total     target    max
1887  * memory    ratio     inactive
1888  * -------------------------------------
1889  *   10MB       1         5MB
1890  *  100MB       1        50MB
1891  *    1GB       3       250MB
1892  *   10GB      10       0.9GB
1893  *  100GB      31         3GB
1894  *    1TB     101        10GB
1895  *   10TB     320        32GB
1896  */
1897 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file)
1898 {
1899         unsigned long inactive_ratio;
1900         unsigned long inactive;
1901         unsigned long active;
1902         unsigned long gb;
1903
1904         /*
1905          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1906          * is pointless.
1907          */
1908         if (!file && !total_swap_pages)
1909                 return false;
1910
1911         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE);
1912         active = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE);
1913
1914         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
1915         if (gb)
1916                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
1917         else
1918                 inactive_ratio = 1;
1919
1920         return inactive * inactive_ratio < active;
1921 }
1922
1923 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1924                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1925 {
1926         if (is_active_lru(lru)) {
1927                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru)))
1928                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1929                 return 0;
1930         }
1931
1932         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1933 }
1934
1935 enum scan_balance {
1936         SCAN_EQUAL,
1937         SCAN_FRACT,
1938         SCAN_ANON,
1939         SCAN_FILE,
1940 };
1941
1942 /*
1943  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1944  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1945  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1946  * onto the active list instead of evict.
1947  *
1948  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1949  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1950  */
1951 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
1952                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1953                            unsigned long *lru_pages)
1954 {
1955         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
1956         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1957         u64 fraction[2];
1958         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1959         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1960         unsigned long anon_prio, file_prio;
1961         enum scan_balance scan_balance;
1962         unsigned long anon, file;
1963         bool force_scan = false;
1964         unsigned long ap, fp;
1965         enum lru_list lru;
1966         bool some_scanned;
1967         int pass;
1968
1969         /*
1970          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1971          * results in no scanning on this priority and a potential
1972          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1973          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1974          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1975          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1976          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1977          * well.
1978          */
1979         if (current_is_kswapd()) {
1980                 if (!zone_reclaimable(zone))
1981                         force_scan = true;
1982                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
1983                         force_scan = true;
1984         }
1985         if (!global_reclaim(sc))
1986                 force_scan = true;
1987
1988         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1989         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
1990                 scan_balance = SCAN_FILE;
1991                 goto out;
1992         }
1993
1994         /*
1995          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1996          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1997          * disable swapping for individual groups completely when
1998          * using the memory controller's swap limit feature would be
1999          * too expensive.
2000          */
2001         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2002                 scan_balance = SCAN_FILE;
2003                 goto out;
2004         }
2005
2006         /*
2007          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2008          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2009          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2010          */
2011         if (!sc->priority && swappiness) {
2012                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2013                 goto out;
2014         }
2015
2016         /*
2017          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2018          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2019          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2020          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2021          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2022          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2023          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2024          */
2025         if (global_reclaim(sc)) {
2026                 unsigned long zonefile;
2027                 unsigned long zonefree;
2028
2029                 zonefree = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2030                 zonefile = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
2031                            zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2032
2033                 if (unlikely(zonefile + zonefree <= high_wmark_pages(zone))) {
2034                         scan_balance = SCAN_ANON;
2035                         goto out;
2036                 }
2037         }
2038
2039         /*
2040          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2041          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2042          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2043          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2044          * Without the second condition we could end up never scanning an
2045          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2046          * system is under heavy pressure.
2047          */
2048         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true) &&
2049             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2050                 scan_balance = SCAN_FILE;
2051                 goto out;
2052         }
2053
2054         scan_balance = SCAN_FRACT;
2055
2056         /*
2057          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2058          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2059          */
2060         anon_prio = swappiness;
2061         file_prio = 200 - anon_prio;
2062
2063         /*
2064          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2065          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2066          * ratios to determine how valuable each cache is.
2067          *
2068          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2069          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2070          * up weighing recent references more than old ones.
2071          *
2072          * anon in [0], file in [1]
2073          */
2074
2075         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2076                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2077         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2078                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2079
2080         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
2081         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2082                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2083                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2084         }
2085
2086         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2087                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2088                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2089         }
2090
2091         /*
2092          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2093          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2094          * each list that were recently referenced and in active use.
2095          */
2096         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2097         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2098
2099         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2100         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2101         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2102
2103         fraction[0] = ap;
2104         fraction[1] = fp;
2105         denominator = ap + fp + 1;
2106 out:
2107         some_scanned = false;
2108         /* Only use force_scan on second pass. */
2109         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2110                 *lru_pages = 0;
2111                 for_each_evictable_lru(lru) {
2112                         int file = is_file_lru(lru);
2113                         unsigned long size;
2114                         unsigned long scan;
2115
2116                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2117                         scan = size >> sc->priority;
2118
2119                         if (!scan && pass && force_scan)
2120                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2121
2122                         switch (scan_balance) {
2123                         case SCAN_EQUAL:
2124                                 /* Scan lists relative to size */
2125                                 break;
2126                         case SCAN_FRACT:
2127                                 /*
2128                                  * Scan types proportional to swappiness and
2129                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2130                                  */
2131                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2132                                                         denominator);
2133                                 break;
2134                         case SCAN_FILE:
2135                         case SCAN_ANON:
2136                                 /* Scan one type exclusively */
2137                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2138                                         size = 0;
2139                                         scan = 0;
2140                                 }
2141                                 break;
2142                         default:
2143                                 /* Look ma, no brain */
2144                                 BUG();
2145                         }
2146
2147                         *lru_pages += size;
2148                         nr[lru] = scan;
2149
2150                         /*
2151                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2152                          * if we found something to scan.
2153                          */
2154                         some_scanned |= !!scan;
2155                 }
2156         }
2157 }
2158
2159 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2160 static void init_tlb_ubc(void)
2161 {
2162         /*
2163          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2164          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2165          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2166          * then will be cleared.
2167          */
2168         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2169 }
2170 #else
2171 static inline void init_tlb_ubc(void)
2172 {
2173 }
2174 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2175
2176 /*
2177  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2178  */
2179 static void shrink_zone_memcg(struct zone *zone, struct mem_cgroup *memcg,
2180                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2181 {
2182         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2183         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2184         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2185         unsigned long nr_to_scan;
2186         enum lru_list lru;
2187         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2188         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2189         struct blk_plug plug;
2190         bool scan_adjusted;
2191
2192         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2193
2194         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2195         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2196
2197         /*
2198          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2199          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2200          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2201          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2202          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2203          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2204          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2205          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2206          * dropped to zero at the first pass.
2207          */
2208         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2209                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2210
2211         init_tlb_ubc();
2212
2213         blk_start_plug(&plug);
2214         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2215                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2216                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2217                 unsigned long nr_scanned;
2218
2219                 for_each_evictable_lru(lru) {
2220                         if (nr[lru]) {
2221                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2222                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2223
2224                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2225                                                             lruvec, sc);
2226                         }
2227                 }
2228
2229                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2230                         continue;
2231
2232                 /*
2233                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2234                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2235                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2236                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2237                  * proportional to the original scan target.
2238                  */
2239                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2240                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2241
2242                 /*
2243                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2244                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2245                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2246                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2247                  */
2248                 if (!nr_file || !nr_anon)
2249                         break;
2250
2251                 if (nr_file > nr_anon) {
2252                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2253                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2254                         lru = LRU_BASE;
2255                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2256                 } else {
2257                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2258                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2259                         lru = LRU_FILE;
2260                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2261                 }
2262
2263                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2264                 nr[lru] = 0;
2265                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2266
2267                 /*
2268                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2269                  * scan target and the percentage scanning already complete
2270                  */
2271                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2272                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2273                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2274                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2275
2276                 lru += LRU_ACTIVE;
2277                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2278                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2279                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2280
2281                 scan_adjusted = true;
2282         }
2283         blk_finish_plug(&plug);
2284         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2285
2286         /*
2287          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2288          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2289          */
2290         if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2291                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2292                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2293
2294         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2295 }
2296
2297 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2298 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2299 {
2300         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2301                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2302                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2303                 return true;
2304
2305         return false;
2306 }
2307
2308 /*
2309  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2310  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2311  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2312  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2313  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2314  */
2315 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2316                                         unsigned long nr_reclaimed,
2317                                         unsigned long nr_scanned,
2318                                         struct scan_control *sc)
2319 {
2320         unsigned long pages_for_compaction;
2321         unsigned long inactive_lru_pages;
2322
2323         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2324         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2325                 return false;
2326
2327         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2328         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2329                 /*
2330                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2331                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2332                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2333                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2334                  */
2335                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2336                         return false;
2337         } else {
2338                 /*
2339                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2340                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2341                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2342                  * pages that were scanned. This will return to the
2343                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2344                  * the resulting allocation attempt fails
2345                  */
2346                 if (!nr_reclaimed)
2347                         return false;
2348         }
2349
2350         /*
2351          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2352          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2353          */
2354         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2355         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2356         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2357                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2358         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2359                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2360                 return true;
2361
2362         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2363         switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, 0)) {
2364         case COMPACT_PARTIAL:
2365         case COMPACT_CONTINUE:
2366                 return false;
2367         default:
2368                 return true;
2369         }
2370 }
2371
2372 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc,
2373                         bool is_classzone)
2374 {
2375         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2376         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2377         bool reclaimable = false;
2378
2379         do {
2380                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2381                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2382                         .zone = zone,
2383                         .priority = sc->priority,
2384                 };
2385                 unsigned long zone_lru_pages = 0;
2386                 struct mem_cgroup *memcg;
2387
2388                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2389                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2390
2391                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2392                 do {
2393                         unsigned long lru_pages;
2394                         unsigned long reclaimed;
2395                         unsigned long scanned;
2396
2397                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2398                                 if (!sc->may_thrash)
2399                                         continue;
2400                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2401                         }
2402
2403                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2404                         scanned = sc->nr_scanned;
2405
2406                         shrink_zone_memcg(zone, memcg, sc, &lru_pages);
2407                         zone_lru_pages += lru_pages;
2408
2409                         if (memcg && is_classzone)
2410                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone),
2411                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2412                                             lru_pages);
2413
2414                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2415                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2416                                    sc->nr_scanned - scanned,
2417                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2418
2419                         /*
2420                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2421                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2422                          * zone.
2423                          *
2424                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2425                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2426                          * retry with decreasing priority if one round over the
2427                          * whole hierarchy is not sufficient.
2428                          */
2429                         if (!global_reclaim(sc) &&
2430                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2431                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2432                                 break;
2433                         }
2434                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2435
2436                 /*
2437                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2438                  * the eligible LRU pages were scanned.
2439                  */
2440                 if (global_reclaim(sc) && is_classzone)
2441                         shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone), NULL,
2442                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2443                                     zone_lru_pages);
2444
2445                 if (reclaim_state) {
2446                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2447                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2448                 }
2449
2450                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2451                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2452                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2453                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2454
2455                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2456                         reclaimable = true;
2457
2458         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2459                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2460
2461         return reclaimable;
2462 }
2463
2464 /*
2465  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2466  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2467  */
2468 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
2469 {
2470         unsigned long balance_gap, watermark;
2471         bool watermark_ok;
2472
2473         /*
2474          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2475          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2476          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2477          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2478          */
2479         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2480                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2481         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2482         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, classzone_idx);
2483
2484         /*
2485          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2486          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2487          */
2488         if (compaction_deferred(zone, order))
2489                 return watermark_ok;
2490
2491         /*
2492          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2493          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2494          */
2495         if (compaction_suitable(zone, order, 0, classzone_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2496                 return false;
2497
2498         return watermark_ok;
2499 }
2500
2501 /*
2502  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2503  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2504  * request.
2505  *
2506  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2507  * Because:
2508  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2509  *    allocation or
2510  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2511  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2512  *    zone defense algorithm.
2513  *
2514  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2515  * scan then give up on it.
2516  */
2517 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2518 {
2519         struct zoneref *z;
2520         struct zone *zone;
2521         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2522         unsigned long nr_soft_scanned;
2523         gfp_t orig_mask;
2524         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2525
2526         /*
2527          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2528          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2529          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2530          */
2531         orig_mask = sc->gfp_mask;
2532         if (buffer_heads_over_limit)
2533                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2534
2535         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2536                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2537                 enum zone_type classzone_idx;
2538
2539                 if (!populated_zone(zone))
2540                         continue;
2541
2542                 classzone_idx = requested_highidx;
2543                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2544                                                         classzone_idx))
2545                         classzone_idx--;
2546
2547                 /*
2548                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2549                  * to global LRU.
2550                  */
2551                 if (global_reclaim(sc)) {
2552                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2553                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2554                                 continue;
2555
2556                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2557                             !zone_reclaimable(zone))
2558                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2559
2560                         /*
2561                          * If we already have plenty of memory free for
2562                          * compaction in this zone, don't free any more.
2563                          * Even though compaction is invoked for any
2564                          * non-zero order, only frequent costly order
2565                          * reclamation is disruptive enough to become a
2566                          * noticeable problem, like transparent huge
2567                          * page allocations.
2568                          */
2569                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2570                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2571                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2572                             compaction_ready(zone, sc->order, requested_highidx)) {
2573                                 sc->compaction_ready = true;
2574                                 continue;
2575                         }
2576
2577                         /*
2578                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2579                          * and returns the number of reclaimed pages and
2580                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2581                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2582                          */
2583                         nr_soft_scanned = 0;
2584                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2585                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2586                                                 &nr_soft_scanned);
2587                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2588                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2589                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2590                 }
2591
2592                 shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
2593         }
2594
2595         /*
2596          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2597          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2598          */
2599         sc->gfp_mask = orig_mask;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2604  *
2605  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2606  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2607  *
2608  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2609  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2610  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2611  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2612  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2613  * work, and the allocation attempt will fail.
2614  *
2615  * returns:     0, if no pages reclaimed
2616  *              else, the number of pages reclaimed
2617  */
2618 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2619                                           struct scan_control *sc)
2620 {
2621         int initial_priority = sc->priority;
2622         unsigned long total_scanned = 0;
2623         unsigned long writeback_threshold;
2624 retry:
2625         delayacct_freepages_start();
2626
2627         if (global_reclaim(sc))
2628                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2629
2630         do {
2631                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2632                                 sc->priority);
2633                 sc->nr_scanned = 0;
2634                 shrink_zones(zonelist, sc);
2635
2636                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2637                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2638                         break;
2639
2640                 if (sc->compaction_ready)
2641                         break;
2642
2643                 /*
2644                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2645                  * writepage even in laptop mode.
2646                  */
2647                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2648                         sc->may_writepage = 1;
2649
2650                 /*
2651                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2652                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2653                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2654                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2655                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2656                  */
2657                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2658                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2659                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2660                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2661                         sc->may_writepage = 1;
2662                 }
2663         } while (--sc->priority >= 0);
2664
2665         delayacct_freepages_end();
2666
2667         if (sc->nr_reclaimed)
2668                 return sc->nr_reclaimed;
2669
2670         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2671         if (sc->compaction_ready)
2672                 return 1;
2673
2674         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2675         if (!sc->may_thrash) {
2676                 sc->priority = initial_priority;
2677                 sc->may_thrash = 1;
2678                 goto retry;
2679         }
2680
2681         return 0;
2682 }
2683
2684 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2685 {
2686         struct zone *zone;
2687         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2688         unsigned long free_pages = 0;
2689         int i;
2690         bool wmark_ok;
2691
2692         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2693                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2694                 if (!populated_zone(zone) ||
2695                     zone_reclaimable_pages(zone) == 0)
2696                         continue;
2697
2698                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2699                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2700         }
2701
2702         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2703         if (!pfmemalloc_reserve)
2704                 return true;
2705
2706         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2707
2708         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2709         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2710                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2711                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2712                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2713         }
2714
2715         return wmark_ok;
2716 }
2717
2718 /*
2719  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2720  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2721  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2722  * when the low watermark is reached.
2723  *
2724  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2725  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2726  */
2727 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2728                                         nodemask_t *nodemask)
2729 {
2730         struct zoneref *z;
2731         struct zone *zone;
2732         pg_data_t *pgdat = NULL;
2733
2734         /*
2735          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2736          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2737          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2738          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2739          * processes to block on log_wait_commit().
2740          */
2741         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2742                 goto out;
2743
2744         /*
2745          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2746          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2747          */
2748         if (fatal_signal_pending(current))
2749                 goto out;
2750
2751         /*
2752          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2753          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2754          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2755          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2756          *
2757          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2758          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2759          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2760          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2761          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2762          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2763          * should make reasonable progress.
2764          */
2765         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2766                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2767                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2768                         continue;
2769
2770                 /* Throttle based on the first usable node */
2771                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2772                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2773                         goto out;
2774                 break;
2775         }
2776
2777         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2778         if (!pgdat)
2779                 goto out;
2780
2781         /* Account for the throttling */
2782         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2783
2784         /*
2785          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2786          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2787          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2788          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2789          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2790          * second before continuing.
2791          */
2792         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2793                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2794                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2795
2796                 goto check_pending;
2797         }
2798
2799         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2800         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2801                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2802
2803 check_pending:
2804         if (fatal_signal_pending(current))
2805                 return true;
2806
2807 out:
2808         return false;
2809 }
2810
2811 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2812                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2813 {
2814         unsigned long nr_reclaimed;
2815         struct scan_control sc = {
2816                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2817                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2818                 .order = order,
2819                 .nodemask = nodemask,
2820                 .priority = DEF_PRIORITY,
2821                 .may_writepage = !laptop_mode,
2822                 .may_unmap = 1,
2823                 .may_swap = 1,
2824         };
2825
2826         /*
2827          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2828          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2829          * point.
2830          */
2831         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2832                 return 1;
2833
2834         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2835                                 sc.may_writepage,
2836                                 gfp_mask);
2837
2838         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2839
2840         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2841
2842         return nr_reclaimed;
2843 }
2844
2845 #ifdef CONFIG_MEMCG
2846
2847 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2848                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2849                                                 struct zone *zone,
2850                                                 unsigned long *nr_scanned)
2851 {
2852         struct scan_control sc = {
2853                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2854                 .target_mem_cgroup = memcg,
2855                 .may_writepage = !laptop_mode,
2856                 .may_unmap = 1,
2857                 .may_swap = !noswap,
2858         };
2859         unsigned long lru_pages;
2860
2861         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2862                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2863
2864         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2865                                                       sc.may_writepage,
2866                                                       sc.gfp_mask);
2867
2868         /*
2869          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2870          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2871          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2872          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2873          * the priority and make it zero.
2874          */
2875         shrink_zone_memcg(zone, memcg, &sc, &lru_pages);
2876
2877         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2878
2879         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2880         return sc.nr_reclaimed;
2881 }
2882
2883 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2884                                            unsigned long nr_pages,
2885                                            gfp_t gfp_mask,
2886                                            bool may_swap)
2887 {
2888         struct zonelist *zonelist;
2889         unsigned long nr_reclaimed;
2890         int nid;
2891         struct scan_control sc = {
2892                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2893                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2894                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2895                 .target_mem_cgroup = memcg,
2896                 .priority = DEF_PRIORITY,
2897                 .may_writepage = !laptop_mode,
2898                 .may_unmap = 1,
2899                 .may_swap = may_swap,
2900         };
2901
2902         /*
2903          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2904          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2905          * scan does not need to be the current node.
2906          */
2907         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2908
2909         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2910
2911         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2912                                             sc.may_writepage,
2913                                             sc.gfp_mask);
2914
2915         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2916
2917         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2918
2919         return nr_reclaimed;
2920 }
2921 #endif
2922
2923 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2924 {
2925         struct mem_cgroup *memcg;
2926
2927         if (!total_swap_pages)
2928                 return;
2929
2930         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2931         do {
2932                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2933
2934                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2935                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2936                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2937
2938                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2939         } while (memcg);
2940 }
2941
2942 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, bool highorder,
2943                         unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2944 {
2945         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap;
2946
2947         /*
2948          * When checking from pgdat_balanced(), kswapd should stop and sleep
2949          * when it reaches the high order-0 watermark and let kcompactd take
2950          * over. Other callers such as wakeup_kswapd() want to determine the
2951          * true high-order watermark.
2952          */
2953         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && !highorder) {
2954                 mark += (1UL << order);
2955                 order = 0;
2956         }
2957
2958         return zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx);
2959 }
2960
2961 /*
2962  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2963  *
2964  * For order-0, all zones must be balanced!
2965  *
2966  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2967  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2968  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2969  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2970  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2971  * imbalanced zones.
2972  * The choice of 25% is due to
2973  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2974  *     reasonable sized machine
2975  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2976  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2977  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2978  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2979  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2980  */
2981 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2982 {
2983         unsigned long managed_pages = 0;
2984         unsigned long balanced_pages = 0;
2985         int i;
2986
2987         /* Check the watermark levels */
2988         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2989                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2990
2991                 if (!populated_zone(zone))
2992                         continue;
2993
2994                 managed_pages += zone->managed_pages;
2995
2996                 /*
2997                  * A special case here:
2998                  *
2999                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
3000                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
3001                  * they must be considered balanced here as well!
3002                  */
3003                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
3004                         balanced_pages += zone->managed_pages;
3005                         continue;
3006                 }
3007
3008                 if (zone_balanced(zone, order, false, 0, i))
3009                         balanced_pages += zone->managed_pages;
3010                 else if (!order)
3011                         return false;
3012         }
3013
3014         if (order)
3015                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
3016         else
3017                 return true;
3018 }
3019
3020 /*
3021  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3022  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3023  *
3024  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3025  */
3026 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
3027                                         int classzone_idx)
3028 {
3029         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
3030         if (remaining)
3031                 return false;
3032
3033         /*
3034          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3035          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3036          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3037          * throttled. There is also a potential race if processes get
3038          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3039          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3040          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3041          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3042          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3043          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3044          * that here we are under prepare_to_wait().
3045          */
3046         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3047                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3048
3049         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
3050 }
3051
3052 /*
3053  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
3054  * the high watermark.
3055  *
3056  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3057  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3058  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3059  */
3060 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
3061                                int classzone_idx,
3062                                struct scan_control *sc)
3063 {
3064         unsigned long balance_gap;
3065         bool lowmem_pressure;
3066
3067         /* Reclaim above the high watermark. */
3068         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
3069
3070         /*
3071          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
3072          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
3073          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
3074          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
3075          */
3076         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
3077                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
3078
3079         /*
3080          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
3081          * reclaim is necessary
3082          */
3083         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
3084         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, sc->order, false,
3085                                                 balance_gap, classzone_idx))
3086                 return true;
3087
3088         shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
3089
3090         clear_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
3091
3092         /*
3093          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
3094          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
3095          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
3096          * waits.
3097          */
3098         if (zone_reclaimable(zone) &&
3099             zone_balanced(zone, sc->order, false, 0, classzone_idx)) {
3100                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3101                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3102         }
3103
3104         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3105 }
3106
3107 /*
3108  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
3109  * they are all at high_wmark_pages(zone).
3110  *
3111  * Returns the highest zone idx kswapd was reclaiming at
3112  *
3113  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
3114  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
3115  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
3116  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3117  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3118  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3119  * the zone for when the problem goes away.
3120  *
3121  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3122  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3123  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3124  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3125  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3126  * of pages is balanced across the zones.
3127  */
3128 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3129 {
3130         int i;
3131         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3132         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3133         unsigned long nr_soft_scanned;
3134         struct scan_control sc = {
3135                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3136                 .order = order,
3137                 .priority = DEF_PRIORITY,
3138                 .may_writepage = !laptop_mode,
3139                 .may_unmap = 1,
3140                 .may_swap = 1,
3141         };
3142         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3143
3144         do {
3145                 bool raise_priority = true;
3146
3147                 sc.nr_reclaimed = 0;
3148
3149                 /*
3150                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3151                  * zone which needs scanning
3152                  */
3153                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3154                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3155
3156                         if (!populated_zone(zone))
3157                                 continue;
3158
3159                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3160                             !zone_reclaimable(zone))
3161                                 continue;
3162
3163                         /*
3164                          * Do some background aging of the anon list, to give
3165                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3166                          */
3167                         age_active_anon(zone, &sc);
3168
3169                         /*
3170                          * If the number of buffer_heads in the machine
3171                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3172                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3173                          * it to relieve lowmem pressure.
3174                          */
3175                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3176                                 end_zone = i;
3177                                 break;
3178                         }
3179
3180                         if (!zone_balanced(zone, order, false, 0, 0)) {
3181                                 end_zone = i;
3182                                 break;
3183                         } else {
3184                                 /*
3185                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3186                                  * flags
3187                                  */
3188                                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3189                                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3190                         }
3191                 }
3192
3193                 if (i < 0)
3194                         goto out;
3195
3196                 /*
3197                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3198                  * even in laptop mode.
3199                  */
3200                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3201                         sc.may_writepage = 1;
3202
3203                 /*
3204                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3205                  * at the last zone which needs scanning.
3206                  *
3207                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3208                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3209                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3210                  * cause too much scanning of the lower zones.
3211                  */
3212                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3213                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3214
3215                         if (!populated_zone(zone))
3216                                 continue;
3217
3218                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3219                             !zone_reclaimable(zone))
3220                                 continue;
3221
3222                         sc.nr_scanned = 0;
3223
3224                         nr_soft_scanned = 0;
3225                         /*
3226                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3227                          */
3228                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3229                                                         order, sc.gfp_mask,
3230                                                         &nr_soft_scanned);
3231                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3232
3233                         /*
3234                          * There should be no need to raise the scanning
3235                          * priority if enough pages are already being scanned
3236                          * that that high watermark would be met at 100%
3237                          * efficiency.
3238                          */
3239                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc))
3240                                 raise_priority = false;
3241                 }
3242
3243                 /*
3244                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3245                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3246                  * able to safely make forward progress. Wake them
3247                  */
3248                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3249                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3250                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3251
3252                 /* Check if kswapd should be suspending */
3253                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3254                         break;
3255
3256                 /*
3257                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3258                  * progress in reclaiming pages
3259                  */
3260                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3261                         sc.priority--;
3262         } while (sc.priority >= 1 &&
3263                         !pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx));
3264
3265 out:
3266         /*
3267          * Return the highest zone idx we were reclaiming at so
3268          * prepare_kswapd_sleep() makes the same decisions as here.
3269          */
3270         return end_zone;
3271 }
3272
3273 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3274                                 int classzone_idx, int balanced_classzone_idx)
3275 {
3276         long remaining = 0;
3277         DEFINE_WAIT(wait);
3278
3279         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3280                 return;
3281
3282         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3283
3284         /* Try to sleep for a short interval */
3285         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3286                                                 balanced_classzone_idx)) {
3287                 /*
3288                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3289                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3290                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3291                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3292                  */
3293                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3294
3295                 /*
3296                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3297                  * allocation of the requested order possible.
3298                  */
3299                 wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3300
3301                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3302                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3303                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3304         }
3305
3306         /*
3307          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3308          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3309          */
3310         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3311                                                 balanced_classzone_idx)) {
3312                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3313
3314                 /*
3315                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3316                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3317                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3318                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3319                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3320                  * them before going back to sleep.
3321                  */
3322                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3323
3324                 if (!kthread_should_stop())
3325                         schedule();
3326
3327                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3328         } else {
3329                 if (remaining)
3330                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3331                 else
3332                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3333         }
3334         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3335 }
3336
3337 /*
3338  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3339  * from the init process.
3340  *
3341  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3342  * free memory available even if there is no other activity
3343  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3344  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3345  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3346  *
3347  * If there are applications that are active memory-allocators
3348  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3349  */
3350 static int kswapd(void *p)
3351 {
3352         unsigned long order, new_order;
3353         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3354         int balanced_classzone_idx;
3355         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3356         struct task_struct *tsk = current;
3357
3358         struct reclaim_state reclaim_state = {
3359                 .reclaimed_slab = 0,
3360         };
3361         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3362
3363         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3364
3365         if (!cpumask_empty(cpumask))
3366                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3367         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3368
3369         /*
3370          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3371          * and that if we need more memory we should get access to it
3372          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3373          * never get caught in the normal page freeing logic.
3374          *
3375          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3376          * you need a small amount of memory in order to be able to
3377          * page out something else, and this flag essentially protects
3378          * us from recursively trying to free more memory as we're
3379          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3380          */
3381         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3382         set_freezable();
3383
3384         order = new_order = 0;
3385         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3386         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3387         for ( ; ; ) {
3388                 bool ret;
3389
3390                 /*
3391                  * While we were reclaiming, there might have been another
3392                  * wakeup, so check the values.
3393                  */
3394                 new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3395                 new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3396                 pgdat->kswapd_max_order =  0;
3397                 pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3398
3399                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3400                         /*
3401                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3402                          * allocation or has tigher zone constraints
3403                          */
3404                         order = new_order;
3405                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3406                 } else {
3407                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, order, classzone_idx,
3408                                                 balanced_classzone_idx);
3409                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3410                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3411                         new_order = order;
3412                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3413                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3414                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3415                 }
3416
3417                 ret = try_to_freeze();
3418                 if (kthread_should_stop())
3419                         break;
3420
3421                 /*
3422                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3423                  * after returning from the refrigerator
3424                  */
3425                 if (!ret) {
3426                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3427                         balanced_classzone_idx = balance_pgdat(pgdat, order,
3428                                                                 classzone_idx);
3429                 }
3430         }
3431
3432         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3433         current->reclaim_state = NULL;
3434         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3435
3436         return 0;
3437 }
3438
3439 /*
3440  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3441  */
3442 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3443 {
3444         pg_data_t *pgdat;
3445
3446         if (!populated_zone(zone))
3447                 return;
3448
3449         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3450                 return;
3451         pgdat = zone->zone_pgdat;
3452         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3453                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3454                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3455         }
3456         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3457                 return;
3458         if (zone_balanced(zone, order, true, 0, 0))
3459                 return;
3460
3461         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3462         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3463 }
3464
3465 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3466 /*
3467  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3468  * freed pages.
3469  *
3470  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3471  * LRU order by reclaiming preferentially
3472  * inactive > active > active referenced > active mapped
3473  */
3474 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3475 {
3476         struct reclaim_state reclaim_state;
3477         struct scan_control sc = {
3478                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3479                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3480                 .priority = DEF_PRIORITY,
3481                 .may_writepage = 1,
3482                 .may_unmap = 1,
3483                 .may_swap = 1,
3484                 .hibernation_mode = 1,
3485         };
3486         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3487         struct task_struct *p = current;
3488         unsigned long nr_reclaimed;
3489
3490         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3491         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3492         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3493         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3494
3495         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3496
3497         p->reclaim_state = NULL;
3498         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3499         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3500
3501         return nr_reclaimed;
3502 }
3503 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3504
3505 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3506    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3507    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3508    restore their cpu bindings. */
3509 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3510                         void *hcpu)
3511 {
3512         int nid;
3513
3514         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3515                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3516                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3517                         const struct cpumask *mask;
3518
3519                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3520
3521                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3522                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3523                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3524                 }
3525         }
3526         return NOTIFY_OK;
3527 }
3528
3529 /*
3530  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3531  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3532  */
3533 int kswapd_run(int nid)
3534 {
3535         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3536         int ret = 0;
3537
3538         if (pgdat->kswapd)
3539                 return 0;
3540
3541         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3542         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3543                 /* failure at boot is fatal */
3544                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3545                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3546                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3547                 pgdat->kswapd = NULL;
3548         }
3549         return ret;
3550 }
3551
3552 /*
3553  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3554  * hold mem_hotplug_begin/end().
3555  */
3556 void kswapd_stop(int nid)
3557 {
3558         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3559
3560         if (kswapd) {
3561                 kthread_stop(kswapd);
3562                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3563         }
3564 }
3565
3566 static int __init kswapd_init(void)
3567 {
3568         int nid;
3569
3570         swap_setup();
3571         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3572                 kswapd_run(nid);
3573         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3574         return 0;
3575 }
3576
3577 module_init(kswapd_init)
3578
3579 #ifdef CONFIG_NUMA
3580 /*
3581  * Zone reclaim mode
3582  *
3583  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3584  * the watermarks.
3585  */
3586 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3587
3588 #define RECLAIM_OFF 0
3589 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3590 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3591 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3592
3593 /*
3594  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3595  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3596  * a zone.
3597  */
3598 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3599
3600 /*
3601  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3602  * occur.
3603  */
3604 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3605
3606 /*
3607  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3608  * slab reclaim needs to occur.
3609  */
3610 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3611
3612 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3613 {
3614         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3615         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3616                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3617
3618         /*
3619          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3620          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3621          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3622          */
3623         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3624 }
3625
3626 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3627 static unsigned long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3628 {
3629         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3630         unsigned long delta = 0;
3631
3632         /*
3633          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3634          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3635          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3636          * a better estimate
3637          */
3638         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3639                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3640         else
3641                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3642
3643         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3644         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3645                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3646
3647         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3648         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3649                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3650
3651         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3652 }
3653
3654 /*
3655  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3656  */
3657 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3658 {
3659         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3660         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3661         struct task_struct *p = current;
3662         struct reclaim_state reclaim_state;
3663         struct scan_control sc = {
3664                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3665                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3666                 .order = order,
3667                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3668                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3669                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3670                 .may_swap = 1,
3671         };
3672
3673         cond_resched();
3674         /*
3675          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3676          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3677          * and RECLAIM_UNMAP.
3678          */
3679         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3680         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3681         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3682         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3683
3684         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3685                 /*
3686                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3687                  * priorities until we have enough memory freed.
3688                  */
3689                 do {
3690                         shrink_zone(zone, &sc, true);
3691                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3692         }
3693
3694         p->reclaim_state = NULL;
3695         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3696         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3697         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3698 }
3699
3700 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3701 {
3702         int node_id;
3703         int ret;
3704
3705         /*
3706          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3707          * slab pages if we are over the defined limits.
3708          *
3709          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3710          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3711          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3712          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3713          * unmapped file backed pages.
3714          */
3715         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3716             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3717                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3718
3719         if (!zone_reclaimable(zone))
3720                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3721
3722         /*
3723          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3724          */
3725         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3726                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3727
3728         /*
3729          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3730          * have associated processors. This will favor the local processor
3731          * over remote processors and spread off node memory allocations
3732          * as wide as possible.
3733          */
3734         node_id = zone_to_nid(zone);
3735         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3736                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3737
3738         if (test_and_set_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags))
3739                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3740
3741         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3742         clear_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags);
3743
3744         if (!ret)
3745                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3746
3747         return ret;
3748 }
3749 #endif
3750
3751 /*
3752  * page_evictable - test whether a page is evictable
3753  * @page: the page to test
3754  *
3755  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3756  * lists vs unevictable list.
3757  *
3758  * Reasons page might not be evictable:
3759  * (1) page's mapping marked unevictable
3760  * (2) page is part of an mlocked VMA
3761  *
3762  */
3763 int page_evictable(struct page *page)
3764 {
3765         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3766 }
3767
3768 #ifdef CONFIG_SHMEM
3769 /**
3770  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3771  * @pages:      array of pages to check
3772  * @nr_pages:   number of pages to check
3773  *
3774  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3775  *
3776  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3777  */
3778 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3779 {
3780         struct lruvec *lruvec;
3781         struct zone *zone = NULL;
3782         int pgscanned = 0;
3783         int pgrescued = 0;
3784         int i;
3785
3786         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3787                 struct page *page = pages[i];
3788                 struct zone *pagezone;
3789
3790                 pgscanned++;
3791                 pagezone = page_zone(page);
3792                 if (pagezone != zone) {
3793                         if (zone)
3794                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3795                         zone = pagezone;
3796                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3797                 }
3798                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3799
3800                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3801                         continue;
3802
3803                 if (page_evictable(page)) {
3804                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3805
3806                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3807                         ClearPageUnevictable(page);
3808                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3809                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3810                         pgrescued++;
3811                 }
3812         }
3813
3814         if (zone) {
3815                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3816                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3817                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3818         }
3819 }
3820 #endif /* CONFIG_SHMEM */