mm: vmscan: move swappiness out of scan_control
[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
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include <asm/div64.h>
52
53 #include <linux/swapops.h>
54 #include <linux/balloon_compaction.h>
55
56 #include "internal.h"
57
58 #define CREATE_TRACE_POINTS
59 #include <trace/events/vmscan.h>
60
61 struct scan_control {
62         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
63         unsigned long nr_scanned;
64
65         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
66         unsigned long nr_reclaimed;
67
68         /* One of the zones is ready for compaction */
69         int compaction_ready;
70
71         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
72         unsigned long nr_to_reclaim;
73
74         unsigned long hibernation_mode;
75
76         /* This context's GFP mask */
77         gfp_t gfp_mask;
78
79         int may_writepage;
80
81         /* Can mapped pages be reclaimed? */
82         int may_unmap;
83
84         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
85         int may_swap;
86
87         int order;
88
89         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
90         int priority;
91
92         /*
93          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
94          * primary target of this reclaim invocation.
95          */
96         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
97
98         /*
99          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
100          * are scanned.
101          */
102         nodemask_t      *nodemask;
103 };
104
105 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
106
107 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
108 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
109         do {                                                            \
110                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
111                         struct page *prev;                              \
112                                                                         \
113                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
114                         prefetch(&prev->_field);                        \
115                 }                                                       \
116         } while (0)
117 #else
118 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
119 #endif
120
121 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
122 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
123         do {                                                            \
124                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
125                         struct page *prev;                              \
126                                                                         \
127                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
128                         prefetchw(&prev->_field);                       \
129                 }                                                       \
130         } while (0)
131 #else
132 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
133 #endif
134
135 /*
136  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
137  */
138 int vm_swappiness = 60;
139 unsigned long vm_total_pages;   /* The total number of pages which the VM controls */
140
141 static LIST_HEAD(shrinker_list);
142 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
143
144 #ifdef CONFIG_MEMCG
145 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
146 {
147         return !sc->target_mem_cgroup;
148 }
149 #else
150 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
151 {
152         return true;
153 }
154 #endif
155
156 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
157 {
158         int nr;
159
160         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
161              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
162
163         if (get_nr_swap_pages() > 0)
164                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
165                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
166
167         return nr;
168 }
169
170 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
171 {
172         return zone->pages_scanned < zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
173 }
174
175 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
176 {
177         if (!mem_cgroup_disabled())
178                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
179
180         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
181 }
182
183 /*
184  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
185  */
186 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
187 {
188         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
189
190         /*
191          * If we only have one possible node in the system anyway, save
192          * ourselves the trouble and disable NUMA aware behavior. This way we
193          * will save memory and some small loop time later.
194          */
195         if (nr_node_ids == 1)
196                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_NUMA_AWARE;
197
198         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
199                 size *= nr_node_ids;
200
201         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
202         if (!shrinker->nr_deferred)
203                 return -ENOMEM;
204
205         down_write(&shrinker_rwsem);
206         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
207         up_write(&shrinker_rwsem);
208         return 0;
209 }
210 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
211
212 /*
213  * Remove one
214  */
215 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
216 {
217         down_write(&shrinker_rwsem);
218         list_del(&shrinker->list);
219         up_write(&shrinker_rwsem);
220         kfree(shrinker->nr_deferred);
221 }
222 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
223
224 #define SHRINK_BATCH 128
225
226 static unsigned long
227 shrink_slab_node(struct shrink_control *shrinkctl, struct shrinker *shrinker,
228                  unsigned long nr_pages_scanned, unsigned long lru_pages)
229 {
230         unsigned long freed = 0;
231         unsigned long long delta;
232         long total_scan;
233         long freeable;
234         long nr;
235         long new_nr;
236         int nid = shrinkctl->nid;
237         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
238                                           : SHRINK_BATCH;
239
240         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
241         if (freeable == 0)
242                 return 0;
243
244         /*
245          * copy the current shrinker scan count into a local variable
246          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
247          * don't also do this scanning work.
248          */
249         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
250
251         total_scan = nr;
252         delta = (4 * nr_pages_scanned) / shrinker->seeks;
253         delta *= freeable;
254         do_div(delta, lru_pages + 1);
255         total_scan += delta;
256         if (total_scan < 0) {
257                 printk(KERN_ERR
258                 "shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
259                        shrinker->scan_objects, total_scan);
260                 total_scan = freeable;
261         }
262
263         /*
264          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
265          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
266          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
267          * nr being built up so when a shrink that can do some work
268          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
269          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
270          * memory.
271          *
272          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
273          * a large delta change is calculated directly.
274          */
275         if (delta < freeable / 4)
276                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
277
278         /*
279          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
280          * never try to free more than twice the estimate number of
281          * freeable entries.
282          */
283         if (total_scan > freeable * 2)
284                 total_scan = freeable * 2;
285
286         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
287                                 nr_pages_scanned, lru_pages,
288                                 freeable, delta, total_scan);
289
290         /*
291          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
292          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
293          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
294          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
295          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
296          * objects spread over several slabs with usage less than the
297          * batch_size.
298          *
299          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
300          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
301          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
302          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
303          * possible.
304          */
305         while (total_scan >= batch_size ||
306                total_scan >= freeable) {
307                 unsigned long ret;
308                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
309
310                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
311                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
312                 if (ret == SHRINK_STOP)
313                         break;
314                 freed += ret;
315
316                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
317                 total_scan -= nr_to_scan;
318
319                 cond_resched();
320         }
321
322         /*
323          * move the unused scan count back into the shrinker in a
324          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
325          * scan, there is no need to do an update.
326          */
327         if (total_scan > 0)
328                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
329                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
330         else
331                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
332
333         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
334         return freed;
335 }
336
337 /*
338  * Call the shrink functions to age shrinkable caches
339  *
340  * Here we assume it costs one seek to replace a lru page and that it also
341  * takes a seek to recreate a cache object.  With this in mind we age equal
342  * percentages of the lru and ageable caches.  This should balance the seeks
343  * generated by these structures.
344  *
345  * If the vm encountered mapped pages on the LRU it increase the pressure on
346  * slab to avoid swapping.
347  *
348  * We do weird things to avoid (scanned*seeks*entries) overflowing 32 bits.
349  *
350  * `lru_pages' represents the number of on-LRU pages in all the zones which
351  * are eligible for the caller's allocation attempt.  It is used for balancing
352  * slab reclaim versus page reclaim.
353  *
354  * Returns the number of slab objects which we shrunk.
355  */
356 unsigned long shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
357                           unsigned long nr_pages_scanned,
358                           unsigned long lru_pages)
359 {
360         struct shrinker *shrinker;
361         unsigned long freed = 0;
362
363         if (nr_pages_scanned == 0)
364                 nr_pages_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
365
366         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
367                 /*
368                  * If we would return 0, our callers would understand that we
369                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
370                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
371                  * time.
372                  */
373                 freed = 1;
374                 goto out;
375         }
376
377         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
378                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)) {
379                         shrinkctl->nid = 0;
380                         freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
381                                         nr_pages_scanned, lru_pages);
382                         continue;
383                 }
384
385                 for_each_node_mask(shrinkctl->nid, shrinkctl->nodes_to_scan) {
386                         if (node_online(shrinkctl->nid))
387                                 freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
388                                                 nr_pages_scanned, lru_pages);
389
390                 }
391         }
392         up_read(&shrinker_rwsem);
393 out:
394         cond_resched();
395         return freed;
396 }
397
398 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
399 {
400         /*
401          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
402          * that isolated the page, the page cache radix tree and
403          * optional buffer heads at page->private.
404          */
405         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
406 }
407
408 static int may_write_to_queue(struct backing_dev_info *bdi,
409                               struct scan_control *sc)
410 {
411         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
412                 return 1;
413         if (!bdi_write_congested(bdi))
414                 return 1;
415         if (bdi == current->backing_dev_info)
416                 return 1;
417         return 0;
418 }
419
420 /*
421  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
422  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
423  * fsync(), msync() or close().
424  *
425  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
426  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
427  * that page is locked, the mapping is pinned.
428  *
429  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
430  * __GFP_FS.
431  */
432 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
433                                 struct page *page, int error)
434 {
435         lock_page(page);
436         if (page_mapping(page) == mapping)
437                 mapping_set_error(mapping, error);
438         unlock_page(page);
439 }
440
441 /* possible outcome of pageout() */
442 typedef enum {
443         /* failed to write page out, page is locked */
444         PAGE_KEEP,
445         /* move page to the active list, page is locked */
446         PAGE_ACTIVATE,
447         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
448         PAGE_SUCCESS,
449         /* page is clean and locked */
450         PAGE_CLEAN,
451 } pageout_t;
452
453 /*
454  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
455  * Calls ->writepage().
456  */
457 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
458                          struct scan_control *sc)
459 {
460         /*
461          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
462          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
463          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
464          * stalls if we need to run get_block().  We could test
465          * PagePrivate for that.
466          *
467          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
468          * this page's queue, we can perform writeback even if that
469          * will block.
470          *
471          * If the page is swapcache, write it back even if that would
472          * block, for some throttling. This happens by accident, because
473          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
474          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
475          */
476         if (!is_page_cache_freeable(page))
477                 return PAGE_KEEP;
478         if (!mapping) {
479                 /*
480                  * Some data journaling orphaned pages can have
481                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
482                  */
483                 if (page_has_private(page)) {
484                         if (try_to_free_buffers(page)) {
485                                 ClearPageDirty(page);
486                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
487                                 return PAGE_CLEAN;
488                         }
489                 }
490                 return PAGE_KEEP;
491         }
492         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
493                 return PAGE_ACTIVATE;
494         if (!may_write_to_queue(mapping->backing_dev_info, sc))
495                 return PAGE_KEEP;
496
497         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
498                 int res;
499                 struct writeback_control wbc = {
500                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
501                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
502                         .range_start = 0,
503                         .range_end = LLONG_MAX,
504                         .for_reclaim = 1,
505                 };
506
507                 SetPageReclaim(page);
508                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
509                 if (res < 0)
510                         handle_write_error(mapping, page, res);
511                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
512                         ClearPageReclaim(page);
513                         return PAGE_ACTIVATE;
514                 }
515
516                 if (!PageWriteback(page)) {
517                         /* synchronous write or broken a_ops? */
518                         ClearPageReclaim(page);
519                 }
520                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
521                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
522                 return PAGE_SUCCESS;
523         }
524
525         return PAGE_CLEAN;
526 }
527
528 /*
529  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
530  * gets returned with a refcount of 0.
531  */
532 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
533                             bool reclaimed)
534 {
535         BUG_ON(!PageLocked(page));
536         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
537
538         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
539         /*
540          * The non racy check for a busy page.
541          *
542          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
543          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
544          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
545          * here, then the following race may occur:
546          *
547          * get_user_pages(&page);
548          * [user mapping goes away]
549          * write_to(page);
550          *                              !PageDirty(page)    [good]
551          * SetPageDirty(page);
552          * put_page(page);
553          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
554          *
555          * [oops, our write_to data is lost]
556          *
557          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
558          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
559          * load is not satisfied before that of page->_count.
560          *
561          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
562          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
563          */
564         if (!page_freeze_refs(page, 2))
565                 goto cannot_free;
566         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
567         if (unlikely(PageDirty(page))) {
568                 page_unfreeze_refs(page, 2);
569                 goto cannot_free;
570         }
571
572         if (PageSwapCache(page)) {
573                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
574                 __delete_from_swap_cache(page);
575                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
576                 swapcache_free(swap, page);
577         } else {
578                 void (*freepage)(struct page *);
579                 void *shadow = NULL;
580
581                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
582                 /*
583                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
584                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
585                  *
586                  * But don't store shadows in an address space that is
587                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
588                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
589                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
590                  * back.
591                  */
592                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
593                     !mapping_exiting(mapping))
594                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
595                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
596                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
597                 mem_cgroup_uncharge_cache_page(page);
598
599                 if (freepage != NULL)
600                         freepage(page);
601         }
602
603         return 1;
604
605 cannot_free:
606         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
607         return 0;
608 }
609
610 /*
611  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
612  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
613  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
614  * this page.
615  */
616 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
617 {
618         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
619                 /*
620                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
621                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
622                  * atomic operation.
623                  */
624                 page_unfreeze_refs(page, 1);
625                 return 1;
626         }
627         return 0;
628 }
629
630 /**
631  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
632  * @page: page to be put back to appropriate lru list
633  *
634  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
635  * Page may still be unevictable for other reasons.
636  *
637  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
638  */
639 void putback_lru_page(struct page *page)
640 {
641         bool is_unevictable;
642         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
643
644         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
645
646 redo:
647         ClearPageUnevictable(page);
648
649         if (page_evictable(page)) {
650                 /*
651                  * For evictable pages, we can use the cache.
652                  * In event of a race, worst case is we end up with an
653                  * unevictable page on [in]active list.
654                  * We know how to handle that.
655                  */
656                 is_unevictable = false;
657                 lru_cache_add(page);
658         } else {
659                 /*
660                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
661                  * list.
662                  */
663                 is_unevictable = true;
664                 add_page_to_unevictable_list(page);
665                 /*
666                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
667                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
668                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
669                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
670                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
671                  * the page back to the evictable list.
672                  *
673                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
674                  */
675                 smp_mb();
676         }
677
678         /*
679          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
680          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
681          * check after we added it to the list, again.
682          */
683         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
684                 if (!isolate_lru_page(page)) {
685                         put_page(page);
686                         goto redo;
687                 }
688                 /* This means someone else dropped this page from LRU
689                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
690                  * nothing to do here.
691                  */
692         }
693
694         if (was_unevictable && !is_unevictable)
695                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
696         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
697                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
698
699         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
700 }
701
702 enum page_references {
703         PAGEREF_RECLAIM,
704         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
705         PAGEREF_KEEP,
706         PAGEREF_ACTIVATE,
707 };
708
709 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
710                                                   struct scan_control *sc)
711 {
712         int referenced_ptes, referenced_page;
713         unsigned long vm_flags;
714
715         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
716                                           &vm_flags);
717         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
718
719         /*
720          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
721          * move the page to the unevictable list.
722          */
723         if (vm_flags & VM_LOCKED)
724                 return PAGEREF_RECLAIM;
725
726         if (referenced_ptes) {
727                 if (PageSwapBacked(page))
728                         return PAGEREF_ACTIVATE;
729                 /*
730                  * All mapped pages start out with page table
731                  * references from the instantiating fault, so we need
732                  * to look twice if a mapped file page is used more
733                  * than once.
734                  *
735                  * Mark it and spare it for another trip around the
736                  * inactive list.  Another page table reference will
737                  * lead to its activation.
738                  *
739                  * Note: the mark is set for activated pages as well
740                  * so that recently deactivated but used pages are
741                  * quickly recovered.
742                  */
743                 SetPageReferenced(page);
744
745                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
746                         return PAGEREF_ACTIVATE;
747
748                 /*
749                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
750                  */
751                 if (vm_flags & VM_EXEC)
752                         return PAGEREF_ACTIVATE;
753
754                 return PAGEREF_KEEP;
755         }
756
757         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
758         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
759                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
760
761         return PAGEREF_RECLAIM;
762 }
763
764 /* Check if a page is dirty or under writeback */
765 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
766                                        bool *dirty, bool *writeback)
767 {
768         struct address_space *mapping;
769
770         /*
771          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
772          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
773          */
774         if (!page_is_file_cache(page)) {
775                 *dirty = false;
776                 *writeback = false;
777                 return;
778         }
779
780         /* By default assume that the page flags are accurate */
781         *dirty = PageDirty(page);
782         *writeback = PageWriteback(page);
783
784         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
785         if (!page_has_private(page))
786                 return;
787
788         mapping = page_mapping(page);
789         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
790                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
791 }
792
793 /*
794  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
795  */
796 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
797                                       struct zone *zone,
798                                       struct scan_control *sc,
799                                       enum ttu_flags ttu_flags,
800                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
801                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
802                                       unsigned long *ret_nr_congested,
803                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
804                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
805                                       bool force_reclaim)
806 {
807         LIST_HEAD(ret_pages);
808         LIST_HEAD(free_pages);
809         int pgactivate = 0;
810         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
811         unsigned long nr_dirty = 0;
812         unsigned long nr_congested = 0;
813         unsigned long nr_reclaimed = 0;
814         unsigned long nr_writeback = 0;
815         unsigned long nr_immediate = 0;
816
817         cond_resched();
818
819         mem_cgroup_uncharge_start();
820         while (!list_empty(page_list)) {
821                 struct address_space *mapping;
822                 struct page *page;
823                 int may_enter_fs;
824                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
825                 bool dirty, writeback;
826
827                 cond_resched();
828
829                 page = lru_to_page(page_list);
830                 list_del(&page->lru);
831
832                 if (!trylock_page(page))
833                         goto keep;
834
835                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
836                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
837
838                 sc->nr_scanned++;
839
840                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
841                         goto cull_mlocked;
842
843                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
844                         goto keep_locked;
845
846                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
847                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
848                         sc->nr_scanned++;
849
850                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
851                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
852
853                 /*
854                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
855                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
856                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
857                  * is all dirty unqueued pages.
858                  */
859                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
860                 if (dirty || writeback)
861                         nr_dirty++;
862
863                 if (dirty && !writeback)
864                         nr_unqueued_dirty++;
865
866                 /*
867                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
868                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
869                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
870                  * end of the LRU a second time.
871                  */
872                 mapping = page_mapping(page);
873                 if ((mapping && bdi_write_congested(mapping->backing_dev_info)) ||
874                     (writeback && PageReclaim(page)))
875                         nr_congested++;
876
877                 /*
878                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
879                  * are three cases to consider.
880                  *
881                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
882                  *    under writeback and this page is both under writeback and
883                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
884                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
885                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
886                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
887                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
888                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
889                  *    caller can stall after page list has been processed.
890                  *
891                  * 2) Global reclaim encounters a page, memcg encounters a
892                  *    page that is not marked for immediate reclaim or
893                  *    the caller does not have __GFP_IO. In this case mark
894                  *    the page for immediate reclaim and continue scanning.
895                  *
896                  *    __GFP_IO is checked  because a loop driver thread might
897                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
898                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
899                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
900                  *    would probably show more reasons.
901                  *
902                  *    Don't require __GFP_FS, since we're not going into the
903                  *    FS, just waiting on its writeback completion. Worryingly,
904                  *    ext4 gfs2 and xfs allocate pages with
905                  *    grab_cache_page_write_begin(,,AOP_FLAG_NOFS), so testing
906                  *    may_enter_fs here is liable to OOM on them.
907                  *
908                  * 3) memcg encounters a page that is not already marked
909                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
910                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
911                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
912                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
913                  */
914                 if (PageWriteback(page)) {
915                         /* Case 1 above */
916                         if (current_is_kswapd() &&
917                             PageReclaim(page) &&
918                             zone_is_reclaim_writeback(zone)) {
919                                 nr_immediate++;
920                                 goto keep_locked;
921
922                         /* Case 2 above */
923                         } else if (global_reclaim(sc) ||
924                             !PageReclaim(page) || !(sc->gfp_mask & __GFP_IO)) {
925                                 /*
926                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
927                                  * might have just cleared PageReclaim, then
928                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
929                                  * as PageReadahead - but that does not matter
930                                  * enough to care.  What we do want is for this
931                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
932                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
933                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
934                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
935                                  */
936                                 SetPageReclaim(page);
937                                 nr_writeback++;
938
939                                 goto keep_locked;
940
941                         /* Case 3 above */
942                         } else {
943                                 wait_on_page_writeback(page);
944                         }
945                 }
946
947                 if (!force_reclaim)
948                         references = page_check_references(page, sc);
949
950                 switch (references) {
951                 case PAGEREF_ACTIVATE:
952                         goto activate_locked;
953                 case PAGEREF_KEEP:
954                         goto keep_locked;
955                 case PAGEREF_RECLAIM:
956                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
957                         ; /* try to reclaim the page below */
958                 }
959
960                 /*
961                  * Anonymous process memory has backing store?
962                  * Try to allocate it some swap space here.
963                  */
964                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
965                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
966                                 goto keep_locked;
967                         if (!add_to_swap(page, page_list))
968                                 goto activate_locked;
969                         may_enter_fs = 1;
970
971                         /* Adding to swap updated mapping */
972                         mapping = page_mapping(page);
973                 }
974
975                 /*
976                  * The page is mapped into the page tables of one or more
977                  * processes. Try to unmap it here.
978                  */
979                 if (page_mapped(page) && mapping) {
980                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
981                         case SWAP_FAIL:
982                                 goto activate_locked;
983                         case SWAP_AGAIN:
984                                 goto keep_locked;
985                         case SWAP_MLOCK:
986                                 goto cull_mlocked;
987                         case SWAP_SUCCESS:
988                                 ; /* try to free the page below */
989                         }
990                 }
991
992                 if (PageDirty(page)) {
993                         /*
994                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
995                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
996                          * if many dirty pages have been encountered.
997                          */
998                         if (page_is_file_cache(page) &&
999                                         (!current_is_kswapd() ||
1000                                          !zone_is_reclaim_dirty(zone))) {
1001                                 /*
1002                                  * Immediately reclaim when written back.
1003                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1004                                  * except we already have the page isolated
1005                                  * and know it's dirty
1006                                  */
1007                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1008                                 SetPageReclaim(page);
1009
1010                                 goto keep_locked;
1011                         }
1012
1013                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1014                                 goto keep_locked;
1015                         if (!may_enter_fs)
1016                                 goto keep_locked;
1017                         if (!sc->may_writepage)
1018                                 goto keep_locked;
1019
1020                         /* Page is dirty, try to write it out here */
1021                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1022                         case PAGE_KEEP:
1023                                 goto keep_locked;
1024                         case PAGE_ACTIVATE:
1025                                 goto activate_locked;
1026                         case PAGE_SUCCESS:
1027                                 if (PageWriteback(page))
1028                                         goto keep;
1029                                 if (PageDirty(page))
1030                                         goto keep;
1031
1032                                 /*
1033                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1034                                  * ahead and try to reclaim the page.
1035                                  */
1036                                 if (!trylock_page(page))
1037                                         goto keep;
1038                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1039                                         goto keep_locked;
1040                                 mapping = page_mapping(page);
1041                         case PAGE_CLEAN:
1042                                 ; /* try to free the page below */
1043                         }
1044                 }
1045
1046                 /*
1047                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1048                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1049                  * the page as well.
1050                  *
1051                  * We do this even if the page is PageDirty().
1052                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1053                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1054                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1055                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1056                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1057                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1058                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1059                  *
1060                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1061                  * the pages which were not successfully invalidated in
1062                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1063                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1064                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1065                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1066                  */
1067                 if (page_has_private(page)) {
1068                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1069                                 goto activate_locked;
1070                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1071                                 unlock_page(page);
1072                                 if (put_page_testzero(page))
1073                                         goto free_it;
1074                                 else {
1075                                         /*
1076                                          * rare race with speculative reference.
1077                                          * the speculative reference will free
1078                                          * this page shortly, so we may
1079                                          * increment nr_reclaimed here (and
1080                                          * leave it off the LRU).
1081                                          */
1082                                         nr_reclaimed++;
1083                                         continue;
1084                                 }
1085                         }
1086                 }
1087
1088                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1089                         goto keep_locked;
1090
1091                 /*
1092                  * At this point, we have no other references and there is
1093                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1094                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1095                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1096                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1097                  */
1098                 __clear_page_locked(page);
1099 free_it:
1100                 nr_reclaimed++;
1101
1102                 /*
1103                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1104                  * appear not as the counts should be low
1105                  */
1106                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1107                 continue;
1108
1109 cull_mlocked:
1110                 if (PageSwapCache(page))
1111                         try_to_free_swap(page);
1112                 unlock_page(page);
1113                 putback_lru_page(page);
1114                 continue;
1115
1116 activate_locked:
1117                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1118                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
1119                         try_to_free_swap(page);
1120                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1121                 SetPageActive(page);
1122                 pgactivate++;
1123 keep_locked:
1124                 unlock_page(page);
1125 keep:
1126                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1127                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1128         }
1129
1130         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1131
1132         list_splice(&ret_pages, page_list);
1133         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1134         mem_cgroup_uncharge_end();
1135         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1136         *ret_nr_congested += nr_congested;
1137         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1138         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1139         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1140         return nr_reclaimed;
1141 }
1142
1143 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1144                                             struct list_head *page_list)
1145 {
1146         struct scan_control sc = {
1147                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1148                 .priority = DEF_PRIORITY,
1149                 .may_unmap = 1,
1150         };
1151         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1152         struct page *page, *next;
1153         LIST_HEAD(clean_pages);
1154
1155         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1156                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1157                     !isolated_balloon_page(page)) {
1158                         ClearPageActive(page);
1159                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1160                 }
1161         }
1162
1163         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1164                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1165                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1166         list_splice(&clean_pages, page_list);
1167         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1168         return ret;
1169 }
1170
1171 /*
1172  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1173  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1174  * freed elsewhere are also ignored.
1175  *
1176  * page:        page to consider
1177  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1178  *
1179  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1180  */
1181 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1182 {
1183         int ret = -EINVAL;
1184
1185         /* Only take pages on the LRU. */
1186         if (!PageLRU(page))
1187                 return ret;
1188
1189         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1190         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1191                 return ret;
1192
1193         ret = -EBUSY;
1194
1195         /*
1196          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1197          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1198          * blocking - clean pages for the most part.
1199          *
1200          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1201          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1202          *
1203          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1204          * that it is possible to migrate without blocking
1205          */
1206         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1207                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1208                 if (PageWriteback(page))
1209                         return ret;
1210
1211                 if (PageDirty(page)) {
1212                         struct address_space *mapping;
1213
1214                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1215                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1216                                 return ret;
1217
1218                         /*
1219                          * Only pages without mappings or that have a
1220                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1221                          * without blocking
1222                          */
1223                         mapping = page_mapping(page);
1224                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1225                                 return ret;
1226                 }
1227         }
1228
1229         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1230                 return ret;
1231
1232         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1233                 /*
1234                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1235                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1236                  * page release code relies on it.
1237                  */
1238                 ClearPageLRU(page);
1239                 ret = 0;
1240         }
1241
1242         return ret;
1243 }
1244
1245 /*
1246  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1247  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1248  * and working on them outside the LRU lock.
1249  *
1250  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1251  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1252  *
1253  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1254  *
1255  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1256  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1257  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1258  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1259  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1260  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1261  * @lru:        LRU list id for isolating
1262  *
1263  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1264  */
1265 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1266                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1267                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1268                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1269 {
1270         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1271         unsigned long nr_taken = 0;
1272         unsigned long scan;
1273
1274         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1275                 struct page *page;
1276                 int nr_pages;
1277
1278                 page = lru_to_page(src);
1279                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1280
1281                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1282
1283                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1284                 case 0:
1285                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1286                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1287                         list_move(&page->lru, dst);
1288                         nr_taken += nr_pages;
1289                         break;
1290
1291                 case -EBUSY:
1292                         /* else it is being freed elsewhere */
1293                         list_move(&page->lru, src);
1294                         continue;
1295
1296                 default:
1297                         BUG();
1298                 }
1299         }
1300
1301         *nr_scanned = scan;
1302         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1303                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1304         return nr_taken;
1305 }
1306
1307 /**
1308  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1309  * @page: page to isolate from its LRU list
1310  *
1311  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1312  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1313  *
1314  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1315  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1316  *
1317  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1318  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1319  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1320  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1321  *
1322  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1323  * found will be decremented.
1324  *
1325  * Restrictions:
1326  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1327  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1328  *     without a stable reference).
1329  * (2) the lru_lock must not be held.
1330  * (3) interrupts must be enabled.
1331  */
1332 int isolate_lru_page(struct page *page)
1333 {
1334         int ret = -EBUSY;
1335
1336         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1337
1338         if (PageLRU(page)) {
1339                 struct zone *zone = page_zone(page);
1340                 struct lruvec *lruvec;
1341
1342                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1343                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1344                 if (PageLRU(page)) {
1345                         int lru = page_lru(page);
1346                         get_page(page);
1347                         ClearPageLRU(page);
1348                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1349                         ret = 0;
1350                 }
1351                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1352         }
1353         return ret;
1354 }
1355
1356 /*
1357  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1358  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1359  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1360  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1361  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1362  */
1363 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1364                 struct scan_control *sc)
1365 {
1366         unsigned long inactive, isolated;
1367
1368         if (current_is_kswapd())
1369                 return 0;
1370
1371         if (!global_reclaim(sc))
1372                 return 0;
1373
1374         if (file) {
1375                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1376                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1377         } else {
1378                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1379                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1380         }
1381
1382         /*
1383          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1384          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1385          * deadlock.
1386          */
1387         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1388                 inactive >>= 3;
1389
1390         return isolated > inactive;
1391 }
1392
1393 static noinline_for_stack void
1394 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1395 {
1396         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1397         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1398         LIST_HEAD(pages_to_free);
1399
1400         /*
1401          * Put back any unfreeable pages.
1402          */
1403         while (!list_empty(page_list)) {
1404                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1405                 int lru;
1406
1407                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1408                 list_del(&page->lru);
1409                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1410                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1411                         putback_lru_page(page);
1412                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1413                         continue;
1414                 }
1415
1416                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1417
1418                 SetPageLRU(page);
1419                 lru = page_lru(page);
1420                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1421
1422                 if (is_active_lru(lru)) {
1423                         int file = is_file_lru(lru);
1424                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1425                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1426                 }
1427                 if (put_page_testzero(page)) {
1428                         __ClearPageLRU(page);
1429                         __ClearPageActive(page);
1430                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1431
1432                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1433                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1434                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1435                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1436                         } else
1437                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1438                 }
1439         }
1440
1441         /*
1442          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1443          */
1444         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1445 }
1446
1447 /*
1448  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1449  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1450  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1451  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1452  */
1453 static int current_may_throttle(void)
1454 {
1455         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1456                 current->backing_dev_info == NULL ||
1457                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1458 }
1459
1460 /*
1461  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1462  * of reclaimed pages
1463  */
1464 static noinline_for_stack unsigned long
1465 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1466                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1467 {
1468         LIST_HEAD(page_list);
1469         unsigned long nr_scanned;
1470         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1471         unsigned long nr_taken;
1472         unsigned long nr_dirty = 0;
1473         unsigned long nr_congested = 0;
1474         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1475         unsigned long nr_writeback = 0;
1476         unsigned long nr_immediate = 0;
1477         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1478         int file = is_file_lru(lru);
1479         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1480         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1481
1482         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1483                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1484
1485                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1486                 if (fatal_signal_pending(current))
1487                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1488         }
1489
1490         lru_add_drain();
1491
1492         if (!sc->may_unmap)
1493                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1494         if (!sc->may_writepage)
1495                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1496
1497         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1498
1499         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1500                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1501
1502         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1503         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1504
1505         if (global_reclaim(sc)) {
1506                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1507                 if (current_is_kswapd())
1508                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1509                 else
1510                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1511         }
1512         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1513
1514         if (nr_taken == 0)
1515                 return 0;
1516
1517         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1518                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1519                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1520                                 false);
1521
1522         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1523
1524         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1525
1526         if (global_reclaim(sc)) {
1527                 if (current_is_kswapd())
1528                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1529                                                nr_reclaimed);
1530                 else
1531                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1532                                                nr_reclaimed);
1533         }
1534
1535         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1536
1537         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1538
1539         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1540
1541         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1542
1543         /*
1544          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1545          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1546          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1547          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1548          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1549          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1550          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1551          * same way balance_dirty_pages() manages.
1552          *
1553          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1554          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1555          * are encountered in the nr_immediate check below.
1556          */
1557         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1558                 zone_set_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
1559
1560         /*
1561          * memcg will stall in page writeback so only consider forcibly
1562          * stalling for global reclaim
1563          */
1564         if (global_reclaim(sc)) {
1565                 /*
1566                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1567                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1568                  */
1569                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1570                         zone_set_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
1571
1572                 /*
1573                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1574                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1575                  * the zone ZONE_TAIL_LRU_DIRTY and kswapd will start writing
1576                  * pages from reclaim context.
1577                  */
1578                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1579                         zone_set_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
1580
1581                 /*
1582                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1583                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1584                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1585                  * they are written so also forcibly stall.
1586                  */
1587                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1588                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1589         }
1590
1591         /*
1592          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1593          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1594          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1595          */
1596         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1597             current_may_throttle())
1598                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1599
1600         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1601                 zone_idx(zone),
1602                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1603                 sc->priority,
1604                 trace_shrink_flags(file));
1605         return nr_reclaimed;
1606 }
1607
1608 /*
1609  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1610  *
1611  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1612  * processes, from rmap.
1613  *
1614  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1615  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1616  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1617  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1618  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1619  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1620  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1621  *
1622  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1623  * But we had to alter page->flags anyway.
1624  */
1625
1626 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1627                                      struct list_head *list,
1628                                      struct list_head *pages_to_free,
1629                                      enum lru_list lru)
1630 {
1631         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1632         unsigned long pgmoved = 0;
1633         struct page *page;
1634         int nr_pages;
1635
1636         while (!list_empty(list)) {
1637                 page = lru_to_page(list);
1638                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1639
1640                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1641                 SetPageLRU(page);
1642
1643                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1644                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1645                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1646                 pgmoved += nr_pages;
1647
1648                 if (put_page_testzero(page)) {
1649                         __ClearPageLRU(page);
1650                         __ClearPageActive(page);
1651                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1652
1653                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1654                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1655                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1656                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1657                         } else
1658                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1659                 }
1660         }
1661         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1662         if (!is_active_lru(lru))
1663                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1664 }
1665
1666 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1667                                struct lruvec *lruvec,
1668                                struct scan_control *sc,
1669                                enum lru_list lru)
1670 {
1671         unsigned long nr_taken;
1672         unsigned long nr_scanned;
1673         unsigned long vm_flags;
1674         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1675         LIST_HEAD(l_active);
1676         LIST_HEAD(l_inactive);
1677         struct page *page;
1678         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1679         unsigned long nr_rotated = 0;
1680         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1681         int file = is_file_lru(lru);
1682         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1683
1684         lru_add_drain();
1685
1686         if (!sc->may_unmap)
1687                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1688         if (!sc->may_writepage)
1689                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1690
1691         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1692
1693         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1694                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1695         if (global_reclaim(sc))
1696                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1697
1698         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1699
1700         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1701         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1702         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1703         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1704
1705         while (!list_empty(&l_hold)) {
1706                 cond_resched();
1707                 page = lru_to_page(&l_hold);
1708                 list_del(&page->lru);
1709
1710                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1711                         putback_lru_page(page);
1712                         continue;
1713                 }
1714
1715                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1716                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1717                                 if (page_has_private(page))
1718                                         try_to_release_page(page, 0);
1719                                 unlock_page(page);
1720                         }
1721                 }
1722
1723                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1724                                     &vm_flags)) {
1725                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1726                         /*
1727                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1728                          * give them one more trip around the active list. So
1729                          * that executable code get better chances to stay in
1730                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1731                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1732                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1733                          * so we ignore them here.
1734                          */
1735                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1736                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1737                                 continue;
1738                         }
1739                 }
1740
1741                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1742                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1743         }
1744
1745         /*
1746          * Move pages back to the lru list.
1747          */
1748         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1749         /*
1750          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1751          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1752          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1753          * get_scan_ratio.
1754          */
1755         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1756
1757         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1758         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1759         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1760         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1761
1762         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1763 }
1764
1765 #ifdef CONFIG_SWAP
1766 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1767 {
1768         unsigned long active, inactive;
1769
1770         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1771         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1772
1773         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1774                 return 1;
1775
1776         return 0;
1777 }
1778
1779 /**
1780  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1781  * @lruvec: LRU vector to check
1782  *
1783  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1784  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1785  */
1786 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1787 {
1788         /*
1789          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1790          * is pointless.
1791          */
1792         if (!total_swap_pages)
1793                 return 0;
1794
1795         if (!mem_cgroup_disabled())
1796                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1797
1798         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1799 }
1800 #else
1801 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1802 {
1803         return 0;
1804 }
1805 #endif
1806
1807 /**
1808  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1809  * @lruvec: LRU vector to check
1810  *
1811  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1812  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1813  * than half of the file pages are on the inactive list.
1814  *
1815  * Once we get to that situation, protect the system's working
1816  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1817  *
1818  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1819  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1820  */
1821 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1822 {
1823         unsigned long inactive;
1824         unsigned long active;
1825
1826         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1827         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1828
1829         return active > inactive;
1830 }
1831
1832 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1833 {
1834         if (is_file_lru(lru))
1835                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1836         else
1837                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1838 }
1839
1840 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1841                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1842 {
1843         if (is_active_lru(lru)) {
1844                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1845                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1846                 return 0;
1847         }
1848
1849         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1850 }
1851
1852 enum scan_balance {
1853         SCAN_EQUAL,
1854         SCAN_FRACT,
1855         SCAN_ANON,
1856         SCAN_FILE,
1857 };
1858
1859 /*
1860  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1861  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1862  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1863  * onto the active list instead of evict.
1864  *
1865  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1866  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1867  */
1868 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
1869                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr)
1870 {
1871         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1872         u64 fraction[2];
1873         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1874         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1875         unsigned long anon_prio, file_prio;
1876         enum scan_balance scan_balance;
1877         unsigned long anon, file;
1878         bool force_scan = false;
1879         unsigned long ap, fp;
1880         enum lru_list lru;
1881         bool some_scanned;
1882         int pass;
1883
1884         /*
1885          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1886          * results in no scanning on this priority and a potential
1887          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1888          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1889          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1890          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1891          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1892          * well.
1893          */
1894         if (current_is_kswapd() && !zone_reclaimable(zone))
1895                 force_scan = true;
1896         if (!global_reclaim(sc))
1897                 force_scan = true;
1898
1899         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1900         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1901                 scan_balance = SCAN_FILE;
1902                 goto out;
1903         }
1904
1905         /*
1906          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1907          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1908          * disable swapping for individual groups completely when
1909          * using the memory controller's swap limit feature would be
1910          * too expensive.
1911          */
1912         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
1913                 scan_balance = SCAN_FILE;
1914                 goto out;
1915         }
1916
1917         /*
1918          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1919          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1920          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1921          */
1922         if (!sc->priority && swappiness) {
1923                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1924                 goto out;
1925         }
1926
1927         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
1928                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
1929         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
1930                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1931
1932         /*
1933          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
1934          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
1935          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
1936          * shrinks, so does the window for rotation from references.
1937          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
1938          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
1939          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
1940          */
1941         if (global_reclaim(sc)) {
1942                 unsigned long free = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1943
1944                 if (unlikely(file + free <= high_wmark_pages(zone))) {
1945                         scan_balance = SCAN_ANON;
1946                         goto out;
1947                 }
1948         }
1949
1950         /*
1951          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
1952          * anything from the anonymous working set right now.
1953          */
1954         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
1955                 scan_balance = SCAN_FILE;
1956                 goto out;
1957         }
1958
1959         scan_balance = SCAN_FRACT;
1960
1961         /*
1962          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
1963          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
1964          */
1965         anon_prio = swappiness;
1966         file_prio = 200 - anon_prio;
1967
1968         /*
1969          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
1970          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
1971          * ratios to determine how valuable each cache is.
1972          *
1973          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
1974          * we keep these statistics as a floating average, which ends
1975          * up weighing recent references more than old ones.
1976          *
1977          * anon in [0], file in [1]
1978          */
1979         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1980         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
1981                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
1982                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
1983         }
1984
1985         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
1986                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
1987                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
1988         }
1989
1990         /*
1991          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
1992          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
1993          * each list that were recently referenced and in active use.
1994          */
1995         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
1996         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
1997
1998         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
1999         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2000         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2001
2002         fraction[0] = ap;
2003         fraction[1] = fp;
2004         denominator = ap + fp + 1;
2005 out:
2006         some_scanned = false;
2007         /* Only use force_scan on second pass. */
2008         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2009                 for_each_evictable_lru(lru) {
2010                         int file = is_file_lru(lru);
2011                         unsigned long size;
2012                         unsigned long scan;
2013
2014                         size = get_lru_size(lruvec, lru);
2015                         scan = size >> sc->priority;
2016
2017                         if (!scan && pass && force_scan)
2018                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2019
2020                         switch (scan_balance) {
2021                         case SCAN_EQUAL:
2022                                 /* Scan lists relative to size */
2023                                 break;
2024                         case SCAN_FRACT:
2025                                 /*
2026                                  * Scan types proportional to swappiness and
2027                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2028                                  */
2029                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2030                                                         denominator);
2031                                 break;
2032                         case SCAN_FILE:
2033                         case SCAN_ANON:
2034                                 /* Scan one type exclusively */
2035                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2036                                         scan = 0;
2037                                 break;
2038                         default:
2039                                 /* Look ma, no brain */
2040                                 BUG();
2041                         }
2042                         nr[lru] = scan;
2043                         /*
2044                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2045                          * if we found something to scan.
2046                          */
2047                         some_scanned |= !!scan;
2048                 }
2049         }
2050 }
2051
2052 /*
2053  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2054  */
2055 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
2056                           struct scan_control *sc)
2057 {
2058         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2059         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2060         unsigned long nr_to_scan;
2061         enum lru_list lru;
2062         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2063         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2064         struct blk_plug plug;
2065         bool scan_adjusted;
2066
2067         get_scan_count(lruvec, swappiness, sc, nr);
2068
2069         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2070         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2071
2072         /*
2073          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2074          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2075          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2076          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2077          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2078          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2079          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2080          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2081          * dropped to zero at the first pass.
2082          */
2083         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2084                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2085
2086         blk_start_plug(&plug);
2087         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2088                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2089                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2090                 unsigned long nr_scanned;
2091
2092                 for_each_evictable_lru(lru) {
2093                         if (nr[lru]) {
2094                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2095                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2096
2097                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2098                                                             lruvec, sc);
2099                         }
2100                 }
2101
2102                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2103                         continue;
2104
2105                 /*
2106                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2107                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2108                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2109                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2110                  * proportional to the original scan target.
2111                  */
2112                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2113                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2114
2115                 /*
2116                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2117                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2118                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2119                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2120                  */
2121                 if (!nr_file || !nr_anon)
2122                         break;
2123
2124                 if (nr_file > nr_anon) {
2125                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2126                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2127                         lru = LRU_BASE;
2128                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2129                 } else {
2130                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2131                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2132                         lru = LRU_FILE;
2133                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2134                 }
2135
2136                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2137                 nr[lru] = 0;
2138                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2139
2140                 /*
2141                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2142                  * scan target and the percentage scanning already complete
2143                  */
2144                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2145                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2146                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2147                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2148
2149                 lru += LRU_ACTIVE;
2150                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2151                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2152                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2153
2154                 scan_adjusted = true;
2155         }
2156         blk_finish_plug(&plug);
2157         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2158
2159         /*
2160          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2161          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2162          */
2163         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2164                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2165                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2166
2167         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2168 }
2169
2170 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2171 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2172 {
2173         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2174                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2175                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2176                 return true;
2177
2178         return false;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2183  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2184  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2185  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2186  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2187  */
2188 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2189                                         unsigned long nr_reclaimed,
2190                                         unsigned long nr_scanned,
2191                                         struct scan_control *sc)
2192 {
2193         unsigned long pages_for_compaction;
2194         unsigned long inactive_lru_pages;
2195
2196         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2197         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2198                 return false;
2199
2200         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2201         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2202                 /*
2203                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2204                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2205                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2206                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2207                  */
2208                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2209                         return false;
2210         } else {
2211                 /*
2212                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2213                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2214                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2215                  * pages that were scanned. This will return to the
2216                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2217                  * the resulting allocation attempt fails
2218                  */
2219                 if (!nr_reclaimed)
2220                         return false;
2221         }
2222
2223         /*
2224          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2225          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2226          */
2227         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2228         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2229         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2230                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2231         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2232                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2233                 return true;
2234
2235         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2236         switch (compaction_suitable(zone, sc->order)) {
2237         case COMPACT_PARTIAL:
2238         case COMPACT_CONTINUE:
2239                 return false;
2240         default:
2241                 return true;
2242         }
2243 }
2244
2245 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2246 {
2247         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2248         bool reclaimable = false;
2249
2250         do {
2251                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2252                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2253                         .zone = zone,
2254                         .priority = sc->priority,
2255                 };
2256                 struct mem_cgroup *memcg;
2257
2258                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2259                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2260
2261                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2262                 do {
2263                         struct lruvec *lruvec;
2264                         int swappiness;
2265
2266                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2267                         swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2268
2269                         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, sc);
2270
2271                         /*
2272                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2273                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2274                          * zone.
2275                          *
2276                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2277                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2278                          * retry with decreasing priority if one round over the
2279                          * whole hierarchy is not sufficient.
2280                          */
2281                         if (!global_reclaim(sc) &&
2282                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2283                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2284                                 break;
2285                         }
2286                         memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim);
2287                 } while (memcg);
2288
2289                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2290                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2291                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2292
2293                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2294                         reclaimable = true;
2295
2296         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2297                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2298
2299         return reclaimable;
2300 }
2301
2302 /* Returns true if compaction should go ahead for a high-order request */
2303 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2304 {
2305         unsigned long balance_gap, watermark;
2306         bool watermark_ok;
2307
2308         /*
2309          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2310          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2311          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2312          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2313          */
2314         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2315                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2316         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2317         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2318
2319         /*
2320          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2321          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2322          */
2323         if (compaction_deferred(zone, order))
2324                 return watermark_ok;
2325
2326         /* If compaction is not ready to start, keep reclaiming */
2327         if (!compaction_suitable(zone, order))
2328                 return false;
2329
2330         return watermark_ok;
2331 }
2332
2333 /*
2334  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2335  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2336  * request.
2337  *
2338  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2339  * Because:
2340  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2341  *    allocation or
2342  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2343  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2344  *    zone defense algorithm.
2345  *
2346  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2347  * scan then give up on it.
2348  *
2349  * Returns true if a zone was reclaimable.
2350  */
2351 static bool shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2352 {
2353         struct zoneref *z;
2354         struct zone *zone;
2355         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2356         unsigned long nr_soft_scanned;
2357         unsigned long lru_pages = 0;
2358         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2359         gfp_t orig_mask;
2360         struct shrink_control shrink = {
2361                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2362         };
2363         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2364         bool reclaimable = false;
2365
2366         /*
2367          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2368          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2369          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2370          */
2371         orig_mask = sc->gfp_mask;
2372         if (buffer_heads_over_limit)
2373                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2374
2375         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2376
2377         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2378                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2379                 if (!populated_zone(zone))
2380                         continue;
2381                 /*
2382                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2383                  * to global LRU.
2384                  */
2385                 if (global_reclaim(sc)) {
2386                         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2387                                 continue;
2388
2389                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
2390                         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2391
2392                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2393                             !zone_reclaimable(zone))
2394                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2395
2396                         /*
2397                          * If we already have plenty of memory free for
2398                          * compaction in this zone, don't free any more.
2399                          * Even though compaction is invoked for any
2400                          * non-zero order, only frequent costly order
2401                          * reclamation is disruptive enough to become a
2402                          * noticeable problem, like transparent huge
2403                          * page allocations.
2404                          */
2405                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2406                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2407                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2408                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2409                                 sc->compaction_ready = true;
2410                                 continue;
2411                         }
2412
2413                         /*
2414                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2415                          * and returns the number of reclaimed pages and
2416                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2417                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2418                          */
2419                         nr_soft_scanned = 0;
2420                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2421                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2422                                                 &nr_soft_scanned);
2423                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2424                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2425                         if (nr_soft_reclaimed)
2426                                 reclaimable = true;
2427                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2428                 }
2429
2430                 if (shrink_zone(zone, sc))
2431                         reclaimable = true;
2432
2433                 if (global_reclaim(sc) &&
2434                     !reclaimable && zone_reclaimable(zone))
2435                         reclaimable = true;
2436         }
2437
2438         /*
2439          * Don't shrink slabs when reclaiming memory from over limit cgroups
2440          * but do shrink slab at least once when aborting reclaim for
2441          * compaction to avoid unevenly scanning file/anon LRU pages over slab
2442          * pages.
2443          */
2444         if (global_reclaim(sc)) {
2445                 shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2446                 if (reclaim_state) {
2447                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2448                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2449                 }
2450         }
2451
2452         /*
2453          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2454          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2455          */
2456         sc->gfp_mask = orig_mask;
2457
2458         return reclaimable;
2459 }
2460
2461 /*
2462  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2463  *
2464  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2465  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2466  *
2467  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2468  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2469  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2470  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2471  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2472  * work, and the allocation attempt will fail.
2473  *
2474  * returns:     0, if no pages reclaimed
2475  *              else, the number of pages reclaimed
2476  */
2477 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2478                                           struct scan_control *sc)
2479 {
2480         unsigned long total_scanned = 0;
2481         unsigned long writeback_threshold;
2482         bool zones_reclaimable;
2483
2484         delayacct_freepages_start();
2485
2486         if (global_reclaim(sc))
2487                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2488
2489         do {
2490                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2491                                 sc->priority);
2492                 sc->nr_scanned = 0;
2493                 zones_reclaimable = shrink_zones(zonelist, sc);
2494
2495                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2496                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2497                         break;
2498
2499                 if (sc->compaction_ready)
2500                         break;
2501
2502                 /*
2503                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2504                  * writepage even in laptop mode.
2505                  */
2506                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2507                         sc->may_writepage = 1;
2508
2509                 /*
2510                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2511                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2512                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2513                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2514                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2515                  */
2516                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2517                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2518                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2519                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2520                         sc->may_writepage = 1;
2521                 }
2522         } while (--sc->priority >= 0);
2523
2524         delayacct_freepages_end();
2525
2526         if (sc->nr_reclaimed)
2527                 return sc->nr_reclaimed;
2528
2529         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2530         if (sc->compaction_ready)
2531                 return 1;
2532
2533         /* Any of the zones still reclaimable?  Don't OOM. */
2534         if (zones_reclaimable)
2535                 return 1;
2536
2537         return 0;
2538 }
2539
2540 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2541 {
2542         struct zone *zone;
2543         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2544         unsigned long free_pages = 0;
2545         int i;
2546         bool wmark_ok;
2547
2548         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2549                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2550                 if (!populated_zone(zone))
2551                         continue;
2552
2553                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2554                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2555         }
2556
2557         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2558         if (!pfmemalloc_reserve)
2559                 return true;
2560
2561         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2562
2563         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2564         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2565                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2566                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2567                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2568         }
2569
2570         return wmark_ok;
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2575  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2576  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2577  * when the low watermark is reached.
2578  *
2579  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2580  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2581  */
2582 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2583                                         nodemask_t *nodemask)
2584 {
2585         struct zoneref *z;
2586         struct zone *zone;
2587         pg_data_t *pgdat = NULL;
2588
2589         /*
2590          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2591          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2592          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2593          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2594          * processes to block on log_wait_commit().
2595          */
2596         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2597                 goto out;
2598
2599         /*
2600          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2601          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2602          */
2603         if (fatal_signal_pending(current))
2604                 goto out;
2605
2606         /*
2607          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2608          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2609          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2610          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2611          *
2612          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2613          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2614          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2615          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2616          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2617          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2618          * should make reasonable progress.
2619          */
2620         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2621                                         gfp_mask, nodemask) {
2622                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2623                         continue;
2624
2625                 /* Throttle based on the first usable node */
2626                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2627                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2628                         goto out;
2629                 break;
2630         }
2631
2632         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2633         if (!pgdat)
2634                 goto out;
2635
2636         /* Account for the throttling */
2637         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2638
2639         /*
2640          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2641          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2642          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2643          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2644          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2645          * second before continuing.
2646          */
2647         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2648                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2649                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2650
2651                 goto check_pending;
2652         }
2653
2654         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2655         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2656                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2657
2658 check_pending:
2659         if (fatal_signal_pending(current))
2660                 return true;
2661
2662 out:
2663         return false;
2664 }
2665
2666 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2667                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2668 {
2669         unsigned long nr_reclaimed;
2670         struct scan_control sc = {
2671                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2672                 .may_writepage = !laptop_mode,
2673                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2674                 .may_unmap = 1,
2675                 .may_swap = 1,
2676                 .order = order,
2677                 .priority = DEF_PRIORITY,
2678                 .target_mem_cgroup = NULL,
2679                 .nodemask = nodemask,
2680         };
2681
2682         /*
2683          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2684          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2685          * point.
2686          */
2687         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2688                 return 1;
2689
2690         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2691                                 sc.may_writepage,
2692                                 gfp_mask);
2693
2694         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2695
2696         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2697
2698         return nr_reclaimed;
2699 }
2700
2701 #ifdef CONFIG_MEMCG
2702
2703 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2704                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2705                                                 struct zone *zone,
2706                                                 unsigned long *nr_scanned)
2707 {
2708         struct scan_control sc = {
2709                 .nr_scanned = 0,
2710                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2711                 .may_writepage = !laptop_mode,
2712                 .may_unmap = 1,
2713                 .may_swap = !noswap,
2714                 .order = 0,
2715                 .priority = 0,
2716                 .target_mem_cgroup = memcg,
2717         };
2718         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2719         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2720
2721         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2722                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2723
2724         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2725                                                       sc.may_writepage,
2726                                                       sc.gfp_mask);
2727
2728         /*
2729          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2730          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2731          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2732          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2733          * the priority and make it zero.
2734          */
2735         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, &sc);
2736
2737         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2738
2739         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2740         return sc.nr_reclaimed;
2741 }
2742
2743 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2744                                            gfp_t gfp_mask,
2745                                            bool noswap)
2746 {
2747         struct zonelist *zonelist;
2748         unsigned long nr_reclaimed;
2749         int nid;
2750         struct scan_control sc = {
2751                 .may_writepage = !laptop_mode,
2752                 .may_unmap = 1,
2753                 .may_swap = !noswap,
2754                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2755                 .order = 0,
2756                 .priority = DEF_PRIORITY,
2757                 .target_mem_cgroup = memcg,
2758                 .nodemask = NULL, /* we don't care the placement */
2759                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2760                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2761         };
2762
2763         /*
2764          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2765          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2766          * scan does not need to be the current node.
2767          */
2768         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2769
2770         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2771
2772         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2773                                             sc.may_writepage,
2774                                             sc.gfp_mask);
2775
2776         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2777
2778         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2779
2780         return nr_reclaimed;
2781 }
2782 #endif
2783
2784 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2785 {
2786         struct mem_cgroup *memcg;
2787
2788         if (!total_swap_pages)
2789                 return;
2790
2791         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2792         do {
2793                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2794
2795                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2796                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2797                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2798
2799                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2800         } while (memcg);
2801 }
2802
2803 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2804                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2805 {
2806         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2807                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2808                 return false;
2809
2810         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order &&
2811             !compaction_suitable(zone, order))
2812                 return false;
2813
2814         return true;
2815 }
2816
2817 /*
2818  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2819  *
2820  * For order-0, all zones must be balanced!
2821  *
2822  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2823  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2824  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2825  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2826  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2827  * imbalanced zones.
2828  * The choice of 25% is due to
2829  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2830  *     reasonable sized machine
2831  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2832  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2833  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2834  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2835  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2836  */
2837 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2838 {
2839         unsigned long managed_pages = 0;
2840         unsigned long balanced_pages = 0;
2841         int i;
2842
2843         /* Check the watermark levels */
2844         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2845                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2846
2847                 if (!populated_zone(zone))
2848                         continue;
2849
2850                 managed_pages += zone->managed_pages;
2851
2852                 /*
2853                  * A special case here:
2854                  *
2855                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2856                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2857                  * they must be considered balanced here as well!
2858                  */
2859                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2860                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2861                         continue;
2862                 }
2863
2864                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2865                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2866                 else if (!order)
2867                         return false;
2868         }
2869
2870         if (order)
2871                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2872         else
2873                 return true;
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2878  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2879  *
2880  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2881  */
2882 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2883                                         int classzone_idx)
2884 {
2885         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2886         if (remaining)
2887                 return false;
2888
2889         /*
2890          * There is a potential race between when kswapd checks its watermarks
2891          * and a process gets throttled. There is also a potential race if
2892          * processes get throttled, kswapd wakes, a large process exits therby
2893          * balancing the zones that causes kswapd to miss a wakeup. If kswapd
2894          * is going to sleep, no process should be sleeping on pfmemalloc_wait
2895          * so wake them now if necessary. If necessary, processes will wake
2896          * kswapd and get throttled again
2897          */
2898         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait)) {
2899                 wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2900                 return false;
2901         }
2902
2903         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
2904 }
2905
2906 /*
2907  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
2908  * the high watermark.
2909  *
2910  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
2911  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
2912  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
2913  */
2914 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
2915                                int classzone_idx,
2916                                struct scan_control *sc,
2917                                unsigned long lru_pages,
2918                                unsigned long *nr_attempted)
2919 {
2920         int testorder = sc->order;
2921         unsigned long balance_gap;
2922         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2923         struct shrink_control shrink = {
2924                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2925         };
2926         bool lowmem_pressure;
2927
2928         /* Reclaim above the high watermark. */
2929         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
2930
2931         /*
2932          * Kswapd reclaims only single pages with compaction enabled. Trying
2933          * too hard to reclaim until contiguous free pages have become
2934          * available can hurt performance by evicting too much useful data
2935          * from memory. Do not reclaim more than needed for compaction.
2936          */
2937         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2938                         compaction_suitable(zone, sc->order) !=
2939                                 COMPACT_SKIPPED)
2940                 testorder = 0;
2941
2942         /*
2943          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
2944          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
2945          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
2946          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
2947          */
2948         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2949                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2950
2951         /*
2952          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
2953          * reclaim is necessary
2954          */
2955         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
2956         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder,
2957                                                 balance_gap, classzone_idx))
2958                 return true;
2959
2960         shrink_zone(zone, sc);
2961         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2962         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2963
2964         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2965         shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2966         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2967
2968         /* Account for the number of pages attempted to reclaim */
2969         *nr_attempted += sc->nr_to_reclaim;
2970
2971         zone_clear_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
2972
2973         /*
2974          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
2975          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
2976          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
2977          * waits.
2978          */
2979         if (zone_reclaimable(zone) &&
2980             zone_balanced(zone, testorder, 0, classzone_idx)) {
2981                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
2982                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
2983         }
2984
2985         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
2986 }
2987
2988 /*
2989  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
2990  * they are all at high_wmark_pages(zone).
2991  *
2992  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
2993  *
2994  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
2995  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
2996  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
2997  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
2998  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
2999  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3000  * the zone for when the problem goes away.
3001  *
3002  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3003  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3004  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3005  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3006  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3007  * of pages is balanced across the zones.
3008  */
3009 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
3010                                                         int *classzone_idx)
3011 {
3012         int i;
3013         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3014         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3015         unsigned long nr_soft_scanned;
3016         struct scan_control sc = {
3017                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3018                 .priority = DEF_PRIORITY,
3019                 .may_unmap = 1,
3020                 .may_swap = 1,
3021                 .may_writepage = !laptop_mode,
3022                 .order = order,
3023                 .target_mem_cgroup = NULL,
3024         };
3025         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3026
3027         do {
3028                 unsigned long lru_pages = 0;
3029                 unsigned long nr_attempted = 0;
3030                 bool raise_priority = true;
3031                 bool pgdat_needs_compaction = (order > 0);
3032
3033                 sc.nr_reclaimed = 0;
3034
3035                 /*
3036                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3037                  * zone which needs scanning
3038                  */
3039                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3040                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3041
3042                         if (!populated_zone(zone))
3043                                 continue;
3044
3045                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3046                             !zone_reclaimable(zone))
3047                                 continue;
3048
3049                         /*
3050                          * Do some background aging of the anon list, to give
3051                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3052                          */
3053                         age_active_anon(zone, &sc);
3054
3055                         /*
3056                          * If the number of buffer_heads in the machine
3057                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3058                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3059                          * it to relieve lowmem pressure.
3060                          */
3061                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3062                                 end_zone = i;
3063                                 break;
3064                         }
3065
3066                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
3067                                 end_zone = i;
3068                                 break;
3069                         } else {
3070                                 /*
3071                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3072                                  * flags
3073                                  */
3074                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
3075                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
3076                         }
3077                 }
3078
3079                 if (i < 0)
3080                         goto out;
3081
3082                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3083                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3084
3085                         if (!populated_zone(zone))
3086                                 continue;
3087
3088                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
3089
3090                         /*
3091                          * If any zone is currently balanced then kswapd will
3092                          * not call compaction as it is expected that the
3093                          * necessary pages are already available.
3094                          */
3095                         if (pgdat_needs_compaction &&
3096                                         zone_watermark_ok(zone, order,
3097                                                 low_wmark_pages(zone),
3098                                                 *classzone_idx, 0))
3099                                 pgdat_needs_compaction = false;
3100                 }
3101
3102                 /*
3103                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3104                  * even in laptop mode.
3105                  */
3106                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3107                         sc.may_writepage = 1;
3108
3109                 /*
3110                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3111                  * at the last zone which needs scanning.
3112                  *
3113                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3114                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3115                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3116                  * cause too much scanning of the lower zones.
3117                  */
3118                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3119                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3120
3121                         if (!populated_zone(zone))
3122                                 continue;
3123
3124                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3125                             !zone_reclaimable(zone))
3126                                 continue;
3127
3128                         sc.nr_scanned = 0;
3129
3130                         nr_soft_scanned = 0;
3131                         /*
3132                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3133                          */
3134                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3135                                                         order, sc.gfp_mask,
3136                                                         &nr_soft_scanned);
3137                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3138
3139                         /*
3140                          * There should be no need to raise the scanning
3141                          * priority if enough pages are already being scanned
3142                          * that that high watermark would be met at 100%
3143                          * efficiency.
3144                          */
3145                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc,
3146                                         lru_pages, &nr_attempted))
3147                                 raise_priority = false;
3148                 }
3149
3150                 /*
3151                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3152                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3153                  * able to safely make forward progress. Wake them
3154                  */
3155                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3156                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3157                         wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3158
3159                 /*
3160                  * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced
3161                  * for high-order allocations in all zones. If twice the
3162                  * allocation size has been reclaimed and the zones are still
3163                  * not balanced then recheck the watermarks at order-0 to
3164                  * prevent kswapd reclaiming excessively. Assume that a
3165                  * process requested a high-order can direct reclaim/compact.
3166                  */
3167                 if (order && sc.nr_reclaimed >= 2UL << order)
3168                         order = sc.order = 0;
3169
3170                 /* Check if kswapd should be suspending */
3171                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3172                         break;
3173
3174                 /*
3175                  * Compact if necessary and kswapd is reclaiming at least the
3176                  * high watermark number of pages as requsted
3177                  */
3178                 if (pgdat_needs_compaction && sc.nr_reclaimed > nr_attempted)
3179                         compact_pgdat(pgdat, order);
3180
3181                 /*
3182                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3183                  * progress in reclaiming pages
3184                  */
3185                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3186                         sc.priority--;
3187         } while (sc.priority >= 1 &&
3188                  !pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx));
3189
3190 out:
3191         /*
3192          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
3193          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
3194          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
3195          * was awake, order will remain at the higher level
3196          */
3197         *classzone_idx = end_zone;
3198         return order;
3199 }
3200
3201 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3202 {
3203         long remaining = 0;
3204         DEFINE_WAIT(wait);
3205
3206         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3207                 return;
3208
3209         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3210
3211         /* Try to sleep for a short interval */
3212         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3213                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3214                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3215                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3216         }
3217
3218         /*
3219          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3220          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3221          */
3222         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3223                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3224
3225                 /*
3226                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3227                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3228                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3229                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3230                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3231                  * them before going back to sleep.
3232                  */
3233                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3234
3235                 /*
3236                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3237                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3238                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3239                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3240                  */
3241                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3242
3243                 if (!kthread_should_stop())
3244                         schedule();
3245
3246                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3247         } else {
3248                 if (remaining)
3249                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3250                 else
3251                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3252         }
3253         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3254 }
3255
3256 /*
3257  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3258  * from the init process.
3259  *
3260  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3261  * free memory available even if there is no other activity
3262  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3263  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3264  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3265  *
3266  * If there are applications that are active memory-allocators
3267  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3268  */
3269 static int kswapd(void *p)
3270 {
3271         unsigned long order, new_order;
3272         unsigned balanced_order;
3273         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3274         int balanced_classzone_idx;
3275         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3276         struct task_struct *tsk = current;
3277
3278         struct reclaim_state reclaim_state = {
3279                 .reclaimed_slab = 0,
3280         };
3281         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3282
3283         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3284
3285         if (!cpumask_empty(cpumask))
3286                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3287         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3288
3289         /*
3290          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3291          * and that if we need more memory we should get access to it
3292          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3293          * never get caught in the normal page freeing logic.
3294          *
3295          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3296          * you need a small amount of memory in order to be able to
3297          * page out something else, and this flag essentially protects
3298          * us from recursively trying to free more memory as we're
3299          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3300          */
3301         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3302         set_freezable();
3303
3304         order = new_order = 0;
3305         balanced_order = 0;
3306         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3307         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3308         for ( ; ; ) {
3309                 bool ret;
3310
3311                 /*
3312                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3313                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3314                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3315                  */
3316                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3317                                         balanced_order == new_order) {
3318                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3319                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3320                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3321                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3322                 }
3323
3324                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3325                         /*
3326                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3327                          * allocation or has tigher zone constraints
3328                          */
3329                         order = new_order;
3330                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3331                 } else {
3332                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3333                                                 balanced_classzone_idx);
3334                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3335                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3336                         new_order = order;
3337                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3338                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3339                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3340                 }
3341
3342                 ret = try_to_freeze();
3343                 if (kthread_should_stop())
3344                         break;
3345
3346                 /*
3347                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3348                  * after returning from the refrigerator
3349                  */
3350                 if (!ret) {
3351                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3352                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3353                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3354                                                 &balanced_classzone_idx);
3355                 }
3356         }
3357
3358         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3359         current->reclaim_state = NULL;
3360         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3361
3362         return 0;
3363 }
3364
3365 /*
3366  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3367  */
3368 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3369 {
3370         pg_data_t *pgdat;
3371
3372         if (!populated_zone(zone))
3373                 return;
3374
3375         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
3376                 return;
3377         pgdat = zone->zone_pgdat;
3378         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3379                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3380                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3381         }
3382         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3383                 return;
3384         if (zone_balanced(zone, order, 0, 0))
3385                 return;
3386
3387         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3388         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3389 }
3390
3391 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3392 /*
3393  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3394  * freed pages.
3395  *
3396  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3397  * LRU order by reclaiming preferentially
3398  * inactive > active > active referenced > active mapped
3399  */
3400 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3401 {
3402         struct reclaim_state reclaim_state;
3403         struct scan_control sc = {
3404                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3405                 .may_swap = 1,
3406                 .may_unmap = 1,
3407                 .may_writepage = 1,
3408                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3409                 .hibernation_mode = 1,
3410                 .order = 0,
3411                 .priority = DEF_PRIORITY,
3412         };
3413         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3414         struct task_struct *p = current;
3415         unsigned long nr_reclaimed;
3416
3417         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3418         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3419         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3420         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3421
3422         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3423
3424         p->reclaim_state = NULL;
3425         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3426         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3427
3428         return nr_reclaimed;
3429 }
3430 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3431
3432 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3433    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3434    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3435    restore their cpu bindings. */
3436 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3437                         void *hcpu)
3438 {
3439         int nid;
3440
3441         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3442                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3443                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3444                         const struct cpumask *mask;
3445
3446                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3447
3448                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3449                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3450                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3451                 }
3452         }
3453         return NOTIFY_OK;
3454 }
3455
3456 /*
3457  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3458  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3459  */
3460 int kswapd_run(int nid)
3461 {
3462         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3463         int ret = 0;
3464
3465         if (pgdat->kswapd)
3466                 return 0;
3467
3468         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3469         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3470                 /* failure at boot is fatal */
3471                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3472                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3473                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3474                 pgdat->kswapd = NULL;
3475         }
3476         return ret;
3477 }
3478
3479 /*
3480  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3481  * hold mem_hotplug_begin/end().
3482  */
3483 void kswapd_stop(int nid)
3484 {
3485         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3486
3487         if (kswapd) {
3488                 kthread_stop(kswapd);
3489                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3490         }
3491 }
3492
3493 static int __init kswapd_init(void)
3494 {
3495         int nid;
3496
3497         swap_setup();
3498         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3499                 kswapd_run(nid);
3500         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3501         return 0;
3502 }
3503
3504 module_init(kswapd_init)
3505
3506 #ifdef CONFIG_NUMA
3507 /*
3508  * Zone reclaim mode
3509  *
3510  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3511  * the watermarks.
3512  */
3513 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3514
3515 #define RECLAIM_OFF 0
3516 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3517 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3518 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3519
3520 /*
3521  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3522  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3523  * a zone.
3524  */
3525 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3526
3527 /*
3528  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3529  * occur.
3530  */
3531 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3532
3533 /*
3534  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3535  * slab reclaim needs to occur.
3536  */
3537 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3538
3539 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3540 {
3541         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3542         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3543                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3544
3545         /*
3546          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3547          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3548          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3549          */
3550         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3551 }
3552
3553 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3554 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3555 {
3556         long nr_pagecache_reclaimable;
3557         long delta = 0;
3558
3559         /*
3560          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3561          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3562          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3563          * a better estimate
3564          */
3565         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3566                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3567         else
3568                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3569
3570         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3571         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3572                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3573
3574         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3575         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3576                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3577
3578         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3579 }
3580
3581 /*
3582  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3583  */
3584 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3585 {
3586         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3587         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3588         struct task_struct *p = current;
3589         struct reclaim_state reclaim_state;
3590         struct scan_control sc = {
3591                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3592                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3593                 .may_swap = 1,
3594                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3595                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3596                 .order = order,
3597                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3598         };
3599         struct shrink_control shrink = {
3600                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
3601         };
3602         unsigned long nr_slab_pages0, nr_slab_pages1;
3603
3604         cond_resched();
3605         /*
3606          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3607          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3608          * and RECLAIM_SWAP.
3609          */
3610         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3611         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3612         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3613         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3614
3615         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3616                 /*
3617                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3618                  * priorities until we have enough memory freed.
3619                  */
3620                 do {
3621                         shrink_zone(zone, &sc);
3622                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3623         }
3624
3625         nr_slab_pages0 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3626         if (nr_slab_pages0 > zone->min_slab_pages) {
3627                 /*
3628                  * shrink_slab() does not currently allow us to determine how
3629                  * many pages were freed in this zone. So we take the current
3630                  * number of slab pages and shake the slab until it is reduced
3631                  * by the same nr_pages that we used for reclaiming unmapped
3632                  * pages.
3633                  */
3634                 nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
3635                 node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
3636                 for (;;) {
3637                         unsigned long lru_pages = zone_reclaimable_pages(zone);
3638
3639                         /* No reclaimable slab or very low memory pressure */
3640                         if (!shrink_slab(&shrink, sc.nr_scanned, lru_pages))
3641                                 break;
3642
3643                         /* Freed enough memory */
3644                         nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone,
3645                                                         NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3646                         if (nr_slab_pages1 + nr_pages <= nr_slab_pages0)
3647                                 break;
3648                 }
3649
3650                 /*
3651                  * Update nr_reclaimed by the number of slab pages we
3652                  * reclaimed from this zone.
3653                  */
3654                 nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3655                 if (nr_slab_pages1 < nr_slab_pages0)
3656                         sc.nr_reclaimed += nr_slab_pages0 - nr_slab_pages1;
3657         }
3658
3659         p->reclaim_state = NULL;
3660         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3661         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3662         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3663 }
3664
3665 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3666 {
3667         int node_id;
3668         int ret;
3669
3670         /*
3671          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3672          * slab pages if we are over the defined limits.
3673          *
3674          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3675          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3676          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3677          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3678          * unmapped file backed pages.
3679          */
3680         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3681             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3682                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3683
3684         if (!zone_reclaimable(zone))
3685                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3686
3687         /*
3688          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3689          */
3690         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3691                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3692
3693         /*
3694          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3695          * have associated processors. This will favor the local processor
3696          * over remote processors and spread off node memory allocations
3697          * as wide as possible.
3698          */
3699         node_id = zone_to_nid(zone);
3700         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3701                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3702
3703         if (zone_test_and_set_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED))
3704                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3705
3706         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3707         zone_clear_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED);
3708
3709         if (!ret)
3710                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3711
3712         return ret;
3713 }
3714 #endif
3715
3716 /*
3717  * page_evictable - test whether a page is evictable
3718  * @page: the page to test
3719  *
3720  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3721  * lists vs unevictable list.
3722  *
3723  * Reasons page might not be evictable:
3724  * (1) page's mapping marked unevictable
3725  * (2) page is part of an mlocked VMA
3726  *
3727  */
3728 int page_evictable(struct page *page)
3729 {
3730         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3731 }
3732
3733 #ifdef CONFIG_SHMEM
3734 /**
3735  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3736  * @pages:      array of pages to check
3737  * @nr_pages:   number of pages to check
3738  *
3739  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3740  *
3741  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3742  */
3743 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3744 {
3745         struct lruvec *lruvec;
3746         struct zone *zone = NULL;
3747         int pgscanned = 0;
3748         int pgrescued = 0;
3749         int i;
3750
3751         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3752                 struct page *page = pages[i];
3753                 struct zone *pagezone;
3754
3755                 pgscanned++;
3756                 pagezone = page_zone(page);
3757                 if (pagezone != zone) {
3758                         if (zone)
3759                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3760                         zone = pagezone;
3761                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3762                 }
3763                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3764
3765                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3766                         continue;
3767
3768                 if (page_evictable(page)) {
3769                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3770
3771                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3772                         ClearPageUnevictable(page);
3773                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3774                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3775                         pgrescued++;
3776                 }
3777         }
3778
3779         if (zone) {
3780                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3781                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3782                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3783         }
3784 }
3785 #endif /* CONFIG_SHMEM */
3786
3787 static void warn_scan_unevictable_pages(void)
3788 {
3789         printk_once(KERN_WARNING
3790                     "%s: The scan_unevictable_pages sysctl/node-interface has been "
3791                     "disabled for lack of a legitimate use case.  If you have "
3792                     "one, please send an email to linux-mm@kvack.org.\n",
3793                     current->comm);
3794 }
3795
3796 /*
3797  * scan_unevictable_pages [vm] sysctl handler.  On demand re-scan of
3798  * all nodes' unevictable lists for evictable pages
3799  */
3800 unsigned long scan_unevictable_pages;
3801
3802 int scan_unevictable_handler(struct ctl_table *table, int write,
3803                            void __user *buffer,
3804                            size_t *length, loff_t *ppos)
3805 {
3806         warn_scan_unevictable_pages();
3807         proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
3808         scan_unevictable_pages = 0;
3809         return 0;
3810 }
3811
3812 #ifdef CONFIG_NUMA
3813 /*
3814  * per node 'scan_unevictable_pages' attribute.  On demand re-scan of
3815  * a specified node's per zone unevictable lists for evictable pages.
3816  */
3817
3818 static ssize_t read_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3819                                           struct device_attribute *attr,
3820                                           char *buf)
3821 {
3822         warn_scan_unevictable_pages();
3823         return sprintf(buf, "0\n");     /* always zero; should fit... */
3824 }
3825
3826 static ssize_t write_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3827                                            struct device_attribute *attr,
3828                                         const char *buf, size_t count)
3829 {
3830         warn_scan_unevictable_pages();
3831         return 1;
3832 }
3833
3834
3835 static DEVICE_ATTR(scan_unevictable_pages, S_IRUGO | S_IWUSR,
3836                         read_scan_unevictable_node,
3837                         write_scan_unevictable_node);
3838
3839 int scan_unevictable_register_node(struct node *node)
3840 {
3841         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3842 }
3843
3844 void scan_unevictable_unregister_node(struct node *node)
3845 {
3846         device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3847 }
3848 #endif