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