qxl: check for kmap failures
[cascardo/linux.git] / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49 #include <linux/dax.h>
50
51 #include <asm/tlbflush.h>
52 #include <asm/div64.h>
53
54 #include <linux/swapops.h>
55 #include <linux/balloon_compaction.h>
56
57 #include "internal.h"
58
59 #define CREATE_TRACE_POINTS
60 #include <trace/events/vmscan.h>
61
62 struct scan_control {
63         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
64         unsigned long nr_to_reclaim;
65
66         /* This context's GFP mask */
67         gfp_t gfp_mask;
68
69         /* Allocation order */
70         int order;
71
72         /*
73          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
74          * are scanned.
75          */
76         nodemask_t      *nodemask;
77
78         /*
79          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
80          * primary target of this reclaim invocation.
81          */
82         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
83
84         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
85         int priority;
86
87         unsigned int may_writepage:1;
88
89         /* Can mapped pages be reclaimed? */
90         unsigned int may_unmap:1;
91
92         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
93         unsigned int may_swap:1;
94
95         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
96         unsigned int may_thrash:1;
97
98         unsigned int hibernation_mode:1;
99
100         /* One of the zones is ready for compaction */
101         unsigned int compaction_ready:1;
102
103         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
104         unsigned long nr_scanned;
105
106         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
107         unsigned long nr_reclaimed;
108 };
109
110 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
111 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
112         do {                                                            \
113                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
114                         struct page *prev;                              \
115                                                                         \
116                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
117                         prefetch(&prev->_field);                        \
118                 }                                                       \
119         } while (0)
120 #else
121 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
122 #endif
123
124 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
125 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
126         do {                                                            \
127                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
128                         struct page *prev;                              \
129                                                                         \
130                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
131                         prefetchw(&prev->_field);                       \
132                 }                                                       \
133         } while (0)
134 #else
135 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
136 #endif
137
138 /*
139  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
140  */
141 int vm_swappiness = 60;
142 /*
143  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
144  * zones.
145  */
146 unsigned long vm_total_pages;
147
148 static LIST_HEAD(shrinker_list);
149 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
150
151 #ifdef CONFIG_MEMCG
152 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
153 {
154         return !sc->target_mem_cgroup;
155 }
156
157 /**
158  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
159  * @sc: scan_control in question
160  *
161  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
162  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
163  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
164  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
165  * allocation and configurability.
166  *
167  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
168  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
169  */
170 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
171 {
172         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
173
174         if (!memcg)
175                 return true;
176 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
177         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
178                 return true;
179 #endif
180         return false;
181 }
182 #else
183 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
184 {
185         return true;
186 }
187
188 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
189 {
190         return true;
191 }
192 #endif
193
194 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
195 {
196         unsigned long nr;
197
198         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
199              zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
200              zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_FILE);
201
202         if (get_nr_swap_pages() > 0)
203                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
204                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_ANON) +
205                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_ANON);
206
207         return nr;
208 }
209
210 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
211 {
212         return zone_page_state_snapshot(zone, NR_PAGES_SCANNED) <
213                 zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
214 }
215
216 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
217 {
218         if (!mem_cgroup_disabled())
219                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
220
221         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
222 }
223
224 /*
225  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
226  */
227 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
228 {
229         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
230
231         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
232                 size *= nr_node_ids;
233
234         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
235         if (!shrinker->nr_deferred)
236                 return -ENOMEM;
237
238         down_write(&shrinker_rwsem);
239         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
240         up_write(&shrinker_rwsem);
241         return 0;
242 }
243 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
244
245 /*
246  * Remove one
247  */
248 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
249 {
250         down_write(&shrinker_rwsem);
251         list_del(&shrinker->list);
252         up_write(&shrinker_rwsem);
253         kfree(shrinker->nr_deferred);
254 }
255 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
256
257 #define SHRINK_BATCH 128
258
259 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
260                                     struct shrinker *shrinker,
261                                     unsigned long nr_scanned,
262                                     unsigned long nr_eligible)
263 {
264         unsigned long freed = 0;
265         unsigned long long delta;
266         long total_scan;
267         long freeable;
268         long nr;
269         long new_nr;
270         int nid = shrinkctl->nid;
271         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
272                                           : SHRINK_BATCH;
273
274         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
275         if (freeable == 0)
276                 return 0;
277
278         /*
279          * copy the current shrinker scan count into a local variable
280          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
281          * don't also do this scanning work.
282          */
283         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
284
285         total_scan = nr;
286         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
287         delta *= freeable;
288         do_div(delta, nr_eligible + 1);
289         total_scan += delta;
290         if (total_scan < 0) {
291                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
292                        shrinker->scan_objects, total_scan);
293                 total_scan = freeable;
294         }
295
296         /*
297          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
298          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
299          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
300          * nr being built up so when a shrink that can do some work
301          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
302          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
303          * memory.
304          *
305          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
306          * a large delta change is calculated directly.
307          */
308         if (delta < freeable / 4)
309                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
310
311         /*
312          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
313          * never try to free more than twice the estimate number of
314          * freeable entries.
315          */
316         if (total_scan > freeable * 2)
317                 total_scan = freeable * 2;
318
319         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
320                                    nr_scanned, nr_eligible,
321                                    freeable, delta, total_scan);
322
323         /*
324          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
325          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
326          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
327          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
328          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
329          * objects spread over several slabs with usage less than the
330          * batch_size.
331          *
332          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
333          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
334          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
335          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
336          * possible.
337          */
338         while (total_scan >= batch_size ||
339                total_scan >= freeable) {
340                 unsigned long ret;
341                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
342
343                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
344                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
345                 if (ret == SHRINK_STOP)
346                         break;
347                 freed += ret;
348
349                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
350                 total_scan -= nr_to_scan;
351
352                 cond_resched();
353         }
354
355         /*
356          * move the unused scan count back into the shrinker in a
357          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
358          * scan, there is no need to do an update.
359          */
360         if (total_scan > 0)
361                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
362                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
363         else
364                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
365
366         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
367         return freed;
368 }
369
370 /**
371  * shrink_slab - shrink slab caches
372  * @gfp_mask: allocation context
373  * @nid: node whose slab caches to target
374  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
375  * @nr_scanned: pressure numerator
376  * @nr_eligible: pressure denominator
377  *
378  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
379  *
380  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
381  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
382  *
383  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
384  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
385  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
386  * shrinkers are called.
387  *
388  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
389  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
390  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
391  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
392  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
393  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
394  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
395  *
396  * Returns the number of reclaimed slab objects.
397  */
398 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
399                                  struct mem_cgroup *memcg,
400                                  unsigned long nr_scanned,
401                                  unsigned long nr_eligible)
402 {
403         struct shrinker *shrinker;
404         unsigned long freed = 0;
405
406         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
407                 return 0;
408
409         if (nr_scanned == 0)
410                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
411
412         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
413                 /*
414                  * If we would return 0, our callers would understand that we
415                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
416                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
417                  * time.
418                  */
419                 freed = 1;
420                 goto out;
421         }
422
423         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
424                 struct shrink_control sc = {
425                         .gfp_mask = gfp_mask,
426                         .nid = nid,
427                         .memcg = memcg,
428                 };
429
430                 /*
431                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
432                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
433                  * passing NULL for memcg.
434                  */
435                 if (memcg_kmem_enabled() &&
436                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
437                         continue;
438
439                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
440                         sc.nid = 0;
441
442                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
443         }
444
445         up_read(&shrinker_rwsem);
446 out:
447         cond_resched();
448         return freed;
449 }
450
451 void drop_slab_node(int nid)
452 {
453         unsigned long freed;
454
455         do {
456                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
457
458                 freed = 0;
459                 do {
460                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
461                                              1000, 1000);
462                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
463         } while (freed > 10);
464 }
465
466 void drop_slab(void)
467 {
468         int nid;
469
470         for_each_online_node(nid)
471                 drop_slab_node(nid);
472 }
473
474 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
475 {
476         /*
477          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
478          * that isolated the page, the page cache radix tree and
479          * optional buffer heads at page->private.
480          */
481         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
482 }
483
484 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
485 {
486         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
487                 return 1;
488         if (!inode_write_congested(inode))
489                 return 1;
490         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
491                 return 1;
492         return 0;
493 }
494
495 /*
496  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
497  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
498  * fsync(), msync() or close().
499  *
500  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
501  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
502  * that page is locked, the mapping is pinned.
503  *
504  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
505  * __GFP_FS.
506  */
507 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
508                                 struct page *page, int error)
509 {
510         lock_page(page);
511         if (page_mapping(page) == mapping)
512                 mapping_set_error(mapping, error);
513         unlock_page(page);
514 }
515
516 /* possible outcome of pageout() */
517 typedef enum {
518         /* failed to write page out, page is locked */
519         PAGE_KEEP,
520         /* move page to the active list, page is locked */
521         PAGE_ACTIVATE,
522         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
523         PAGE_SUCCESS,
524         /* page is clean and locked */
525         PAGE_CLEAN,
526 } pageout_t;
527
528 /*
529  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
530  * Calls ->writepage().
531  */
532 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
533                          struct scan_control *sc)
534 {
535         /*
536          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
537          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
538          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
539          * stalls if we need to run get_block().  We could test
540          * PagePrivate for that.
541          *
542          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
543          * this page's queue, we can perform writeback even if that
544          * will block.
545          *
546          * If the page is swapcache, write it back even if that would
547          * block, for some throttling. This happens by accident, because
548          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
549          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
550          */
551         if (!is_page_cache_freeable(page))
552                 return PAGE_KEEP;
553         if (!mapping) {
554                 /*
555                  * Some data journaling orphaned pages can have
556                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
557                  */
558                 if (page_has_private(page)) {
559                         if (try_to_free_buffers(page)) {
560                                 ClearPageDirty(page);
561                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
562                                 return PAGE_CLEAN;
563                         }
564                 }
565                 return PAGE_KEEP;
566         }
567         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
568                 return PAGE_ACTIVATE;
569         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
570                 return PAGE_KEEP;
571
572         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
573                 int res;
574                 struct writeback_control wbc = {
575                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
576                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
577                         .range_start = 0,
578                         .range_end = LLONG_MAX,
579                         .for_reclaim = 1,
580                 };
581
582                 SetPageReclaim(page);
583                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
584                 if (res < 0)
585                         handle_write_error(mapping, page, res);
586                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
587                         ClearPageReclaim(page);
588                         return PAGE_ACTIVATE;
589                 }
590
591                 if (!PageWriteback(page)) {
592                         /* synchronous write or broken a_ops? */
593                         ClearPageReclaim(page);
594                 }
595                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
596                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
597                 return PAGE_SUCCESS;
598         }
599
600         return PAGE_CLEAN;
601 }
602
603 /*
604  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
605  * gets returned with a refcount of 0.
606  */
607 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
608                             bool reclaimed)
609 {
610         unsigned long flags;
611
612         BUG_ON(!PageLocked(page));
613         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
614
615         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
616         /*
617          * The non racy check for a busy page.
618          *
619          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
620          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
621          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
622          * here, then the following race may occur:
623          *
624          * get_user_pages(&page);
625          * [user mapping goes away]
626          * write_to(page);
627          *                              !PageDirty(page)    [good]
628          * SetPageDirty(page);
629          * put_page(page);
630          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
631          *
632          * [oops, our write_to data is lost]
633          *
634          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
635          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
636          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
637          *
638          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
639          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
640          */
641         if (!page_ref_freeze(page, 2))
642                 goto cannot_free;
643         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
644         if (unlikely(PageDirty(page))) {
645                 page_ref_unfreeze(page, 2);
646                 goto cannot_free;
647         }
648
649         if (PageSwapCache(page)) {
650                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
651                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
652                 __delete_from_swap_cache(page);
653                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
654                 swapcache_free(swap);
655         } else {
656                 void (*freepage)(struct page *);
657                 void *shadow = NULL;
658
659                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
660                 /*
661                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
662                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
663                  *
664                  * But don't store shadows in an address space that is
665                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
666                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
667                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
668                  * back.
669                  *
670                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
671                  * only page cache pages found in these are zero pages
672                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
673                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
674                  * same page_tree.
675                  */
676                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
677                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
678                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
679                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
680                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
681
682                 if (freepage != NULL)
683                         freepage(page);
684         }
685
686         return 1;
687
688 cannot_free:
689         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
690         return 0;
691 }
692
693 /*
694  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
695  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
696  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
697  * this page.
698  */
699 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
700 {
701         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
702                 /*
703                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
704                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
705                  * atomic operation.
706                  */
707                 page_ref_unfreeze(page, 1);
708                 return 1;
709         }
710         return 0;
711 }
712
713 /**
714  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
715  * @page: page to be put back to appropriate lru list
716  *
717  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
718  * Page may still be unevictable for other reasons.
719  *
720  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
721  */
722 void putback_lru_page(struct page *page)
723 {
724         bool is_unevictable;
725         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
726
727         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
728
729 redo:
730         ClearPageUnevictable(page);
731
732         if (page_evictable(page)) {
733                 /*
734                  * For evictable pages, we can use the cache.
735                  * In event of a race, worst case is we end up with an
736                  * unevictable page on [in]active list.
737                  * We know how to handle that.
738                  */
739                 is_unevictable = false;
740                 lru_cache_add(page);
741         } else {
742                 /*
743                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
744                  * list.
745                  */
746                 is_unevictable = true;
747                 add_page_to_unevictable_list(page);
748                 /*
749                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
750                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
751                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
752                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
753                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
754                  * the page back to the evictable list.
755                  *
756                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
757                  */
758                 smp_mb();
759         }
760
761         /*
762          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
763          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
764          * check after we added it to the list, again.
765          */
766         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
767                 if (!isolate_lru_page(page)) {
768                         put_page(page);
769                         goto redo;
770                 }
771                 /* This means someone else dropped this page from LRU
772                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
773                  * nothing to do here.
774                  */
775         }
776
777         if (was_unevictable && !is_unevictable)
778                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
779         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
780                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
781
782         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
783 }
784
785 enum page_references {
786         PAGEREF_RECLAIM,
787         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
788         PAGEREF_KEEP,
789         PAGEREF_ACTIVATE,
790 };
791
792 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
793                                                   struct scan_control *sc)
794 {
795         int referenced_ptes, referenced_page;
796         unsigned long vm_flags;
797
798         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
799                                           &vm_flags);
800         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
801
802         /*
803          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
804          * move the page to the unevictable list.
805          */
806         if (vm_flags & VM_LOCKED)
807                 return PAGEREF_RECLAIM;
808
809         if (referenced_ptes) {
810                 if (PageSwapBacked(page))
811                         return PAGEREF_ACTIVATE;
812                 /*
813                  * All mapped pages start out with page table
814                  * references from the instantiating fault, so we need
815                  * to look twice if a mapped file page is used more
816                  * than once.
817                  *
818                  * Mark it and spare it for another trip around the
819                  * inactive list.  Another page table reference will
820                  * lead to its activation.
821                  *
822                  * Note: the mark is set for activated pages as well
823                  * so that recently deactivated but used pages are
824                  * quickly recovered.
825                  */
826                 SetPageReferenced(page);
827
828                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
829                         return PAGEREF_ACTIVATE;
830
831                 /*
832                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
833                  */
834                 if (vm_flags & VM_EXEC)
835                         return PAGEREF_ACTIVATE;
836
837                 return PAGEREF_KEEP;
838         }
839
840         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
841         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
842                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
843
844         return PAGEREF_RECLAIM;
845 }
846
847 /* Check if a page is dirty or under writeback */
848 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
849                                        bool *dirty, bool *writeback)
850 {
851         struct address_space *mapping;
852
853         /*
854          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
855          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
856          */
857         if (!page_is_file_cache(page)) {
858                 *dirty = false;
859                 *writeback = false;
860                 return;
861         }
862
863         /* By default assume that the page flags are accurate */
864         *dirty = PageDirty(page);
865         *writeback = PageWriteback(page);
866
867         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
868         if (!page_has_private(page))
869                 return;
870
871         mapping = page_mapping(page);
872         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
873                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
874 }
875
876 /*
877  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
878  */
879 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
880                                       struct zone *zone,
881                                       struct scan_control *sc,
882                                       enum ttu_flags ttu_flags,
883                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
884                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
885                                       unsigned long *ret_nr_congested,
886                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
887                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
888                                       bool force_reclaim)
889 {
890         LIST_HEAD(ret_pages);
891         LIST_HEAD(free_pages);
892         int pgactivate = 0;
893         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
894         unsigned long nr_dirty = 0;
895         unsigned long nr_congested = 0;
896         unsigned long nr_reclaimed = 0;
897         unsigned long nr_writeback = 0;
898         unsigned long nr_immediate = 0;
899
900         cond_resched();
901
902         while (!list_empty(page_list)) {
903                 struct address_space *mapping;
904                 struct page *page;
905                 int may_enter_fs;
906                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
907                 bool dirty, writeback;
908                 bool lazyfree = false;
909                 int ret = SWAP_SUCCESS;
910
911                 cond_resched();
912
913                 page = lru_to_page(page_list);
914                 list_del(&page->lru);
915
916                 if (!trylock_page(page))
917                         goto keep;
918
919                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
920                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
921
922                 sc->nr_scanned++;
923
924                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
925                         goto cull_mlocked;
926
927                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
928                         goto keep_locked;
929
930                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
931                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
932                         sc->nr_scanned++;
933
934                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
935                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
936
937                 /*
938                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
939                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
940                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
941                  * is all dirty unqueued pages.
942                  */
943                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
944                 if (dirty || writeback)
945                         nr_dirty++;
946
947                 if (dirty && !writeback)
948                         nr_unqueued_dirty++;
949
950                 /*
951                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
952                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
953                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
954                  * end of the LRU a second time.
955                  */
956                 mapping = page_mapping(page);
957                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
958                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
959                     (writeback && PageReclaim(page)))
960                         nr_congested++;
961
962                 /*
963                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
964                  * are three cases to consider.
965                  *
966                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
967                  *    under writeback and this page is both under writeback and
968                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
969                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
970                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
971                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
972                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
973                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
974                  *    caller can stall after page list has been processed.
975                  *
976                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
977                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
978                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
979                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
980                  *    reclaim and continue scanning.
981                  *
982                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
983                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
984                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
985                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
986                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
987                  *    would probably show more reasons.
988                  *
989                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
990                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
991                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
992                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
993                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
994                  */
995                 if (PageWriteback(page)) {
996                         /* Case 1 above */
997                         if (current_is_kswapd() &&
998                             PageReclaim(page) &&
999                             test_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags)) {
1000                                 nr_immediate++;
1001                                 goto keep_locked;
1002
1003                         /* Case 2 above */
1004                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1005                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1006                                 /*
1007                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1008                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1009                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1010                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1011                                  * enough to care.  What we do want is for this
1012                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1013                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1014                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1015                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1016                                  */
1017                                 SetPageReclaim(page);
1018                                 nr_writeback++;
1019                                 goto keep_locked;
1020
1021                         /* Case 3 above */
1022                         } else {
1023                                 unlock_page(page);
1024                                 wait_on_page_writeback(page);
1025                                 /* then go back and try same page again */
1026                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1027                                 continue;
1028                         }
1029                 }
1030
1031                 if (!force_reclaim)
1032                         references = page_check_references(page, sc);
1033
1034                 switch (references) {
1035                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1036                         goto activate_locked;
1037                 case PAGEREF_KEEP:
1038                         goto keep_locked;
1039                 case PAGEREF_RECLAIM:
1040                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1041                         ; /* try to reclaim the page below */
1042                 }
1043
1044                 /*
1045                  * Anonymous process memory has backing store?
1046                  * Try to allocate it some swap space here.
1047                  */
1048                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1049                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1050                                 goto keep_locked;
1051                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1052                                 goto activate_locked;
1053                         lazyfree = true;
1054                         may_enter_fs = 1;
1055
1056                         /* Adding to swap updated mapping */
1057                         mapping = page_mapping(page);
1058                 }
1059
1060                 /*
1061                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1062                  * processes. Try to unmap it here.
1063                  */
1064                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1065                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1066                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1067                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1068                         case SWAP_FAIL:
1069                                 goto activate_locked;
1070                         case SWAP_AGAIN:
1071                                 goto keep_locked;
1072                         case SWAP_MLOCK:
1073                                 goto cull_mlocked;
1074                         case SWAP_LZFREE:
1075                                 goto lazyfree;
1076                         case SWAP_SUCCESS:
1077                                 ; /* try to free the page below */
1078                         }
1079                 }
1080
1081                 if (PageDirty(page)) {
1082                         /*
1083                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1084                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1085                          * if many dirty pages have been encountered.
1086                          */
1087                         if (page_is_file_cache(page) &&
1088                                         (!current_is_kswapd() ||
1089                                          !test_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags))) {
1090                                 /*
1091                                  * Immediately reclaim when written back.
1092                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1093                                  * except we already have the page isolated
1094                                  * and know it's dirty
1095                                  */
1096                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1097                                 SetPageReclaim(page);
1098
1099                                 goto keep_locked;
1100                         }
1101
1102                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1103                                 goto keep_locked;
1104                         if (!may_enter_fs)
1105                                 goto keep_locked;
1106                         if (!sc->may_writepage)
1107                                 goto keep_locked;
1108
1109                         /*
1110                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1111                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1112                          * starts and then write it out here.
1113                          */
1114                         try_to_unmap_flush_dirty();
1115                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1116                         case PAGE_KEEP:
1117                                 goto keep_locked;
1118                         case PAGE_ACTIVATE:
1119                                 goto activate_locked;
1120                         case PAGE_SUCCESS:
1121                                 if (PageWriteback(page))
1122                                         goto keep;
1123                                 if (PageDirty(page))
1124                                         goto keep;
1125
1126                                 /*
1127                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1128                                  * ahead and try to reclaim the page.
1129                                  */
1130                                 if (!trylock_page(page))
1131                                         goto keep;
1132                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1133                                         goto keep_locked;
1134                                 mapping = page_mapping(page);
1135                         case PAGE_CLEAN:
1136                                 ; /* try to free the page below */
1137                         }
1138                 }
1139
1140                 /*
1141                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1142                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1143                  * the page as well.
1144                  *
1145                  * We do this even if the page is PageDirty().
1146                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1147                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1148                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1149                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1150                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1151                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1152                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1153                  *
1154                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1155                  * the pages which were not successfully invalidated in
1156                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1157                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1158                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1159                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1160                  */
1161                 if (page_has_private(page)) {
1162                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1163                                 goto activate_locked;
1164                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1165                                 unlock_page(page);
1166                                 if (put_page_testzero(page))
1167                                         goto free_it;
1168                                 else {
1169                                         /*
1170                                          * rare race with speculative reference.
1171                                          * the speculative reference will free
1172                                          * this page shortly, so we may
1173                                          * increment nr_reclaimed here (and
1174                                          * leave it off the LRU).
1175                                          */
1176                                         nr_reclaimed++;
1177                                         continue;
1178                                 }
1179                         }
1180                 }
1181
1182 lazyfree:
1183                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1184                         goto keep_locked;
1185
1186                 /*
1187                  * At this point, we have no other references and there is
1188                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1189                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1190                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1191                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1192                  */
1193                 __ClearPageLocked(page);
1194 free_it:
1195                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1196                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1197
1198                 nr_reclaimed++;
1199
1200                 /*
1201                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1202                  * appear not as the counts should be low
1203                  */
1204                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1205                 continue;
1206
1207 cull_mlocked:
1208                 if (PageSwapCache(page))
1209                         try_to_free_swap(page);
1210                 unlock_page(page);
1211                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1212                 continue;
1213
1214 activate_locked:
1215                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1216                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1217                         try_to_free_swap(page);
1218                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1219                 SetPageActive(page);
1220                 pgactivate++;
1221 keep_locked:
1222                 unlock_page(page);
1223 keep:
1224                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1225                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1226         }
1227
1228         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1229         try_to_unmap_flush();
1230         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1231
1232         list_splice(&ret_pages, page_list);
1233         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1234
1235         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1236         *ret_nr_congested += nr_congested;
1237         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1238         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1239         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1240         return nr_reclaimed;
1241 }
1242
1243 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1244                                             struct list_head *page_list)
1245 {
1246         struct scan_control sc = {
1247                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1248                 .priority = DEF_PRIORITY,
1249                 .may_unmap = 1,
1250         };
1251         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1252         struct page *page, *next;
1253         LIST_HEAD(clean_pages);
1254
1255         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1256                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1257                     !isolated_balloon_page(page)) {
1258                         ClearPageActive(page);
1259                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1260                 }
1261         }
1262
1263         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1264                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1265                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1266         list_splice(&clean_pages, page_list);
1267         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1268         return ret;
1269 }
1270
1271 /*
1272  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1273  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1274  * freed elsewhere are also ignored.
1275  *
1276  * page:        page to consider
1277  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1278  *
1279  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1280  */
1281 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1282 {
1283         int ret = -EINVAL;
1284
1285         /* Only take pages on the LRU. */
1286         if (!PageLRU(page))
1287                 return ret;
1288
1289         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1290         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1291                 return ret;
1292
1293         ret = -EBUSY;
1294
1295         /*
1296          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1297          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1298          * blocking - clean pages for the most part.
1299          *
1300          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1301          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1302          *
1303          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1304          * that it is possible to migrate without blocking
1305          */
1306         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1307                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1308                 if (PageWriteback(page))
1309                         return ret;
1310
1311                 if (PageDirty(page)) {
1312                         struct address_space *mapping;
1313
1314                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1315                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1316                                 return ret;
1317
1318                         /*
1319                          * Only pages without mappings or that have a
1320                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1321                          * without blocking
1322                          */
1323                         mapping = page_mapping(page);
1324                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1325                                 return ret;
1326                 }
1327         }
1328
1329         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1330                 return ret;
1331
1332         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1333                 /*
1334                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1335                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1336                  * page release code relies on it.
1337                  */
1338                 ClearPageLRU(page);
1339                 ret = 0;
1340         }
1341
1342         return ret;
1343 }
1344
1345 /*
1346  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1347  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1348  * and working on them outside the LRU lock.
1349  *
1350  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1351  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1352  *
1353  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1354  *
1355  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1356  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1357  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1358  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1359  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1360  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1361  * @lru:        LRU list id for isolating
1362  *
1363  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1364  */
1365 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1366                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1367                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1368                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1369 {
1370         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1371         unsigned long nr_taken = 0;
1372         unsigned long scan;
1373
1374         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1375                                         !list_empty(src); scan++) {
1376                 struct page *page;
1377
1378                 page = lru_to_page(src);
1379                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1380
1381                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1382
1383                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1384                 case 0:
1385                         nr_taken += hpage_nr_pages(page);
1386                         list_move(&page->lru, dst);
1387                         break;
1388
1389                 case -EBUSY:
1390                         /* else it is being freed elsewhere */
1391                         list_move(&page->lru, src);
1392                         continue;
1393
1394                 default:
1395                         BUG();
1396                 }
1397         }
1398
1399         *nr_scanned = scan;
1400         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1401                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1402         return nr_taken;
1403 }
1404
1405 /**
1406  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1407  * @page: page to isolate from its LRU list
1408  *
1409  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1410  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1411  *
1412  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1413  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1414  *
1415  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1416  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1417  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1418  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1419  *
1420  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1421  * found will be decremented.
1422  *
1423  * Restrictions:
1424  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1425  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1426  *     without a stable reference).
1427  * (2) the lru_lock must not be held.
1428  * (3) interrupts must be enabled.
1429  */
1430 int isolate_lru_page(struct page *page)
1431 {
1432         int ret = -EBUSY;
1433
1434         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1435         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1436
1437         if (PageLRU(page)) {
1438                 struct zone *zone = page_zone(page);
1439                 struct lruvec *lruvec;
1440
1441                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1442                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1443                 if (PageLRU(page)) {
1444                         int lru = page_lru(page);
1445                         get_page(page);
1446                         ClearPageLRU(page);
1447                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1448                         ret = 0;
1449                 }
1450                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1451         }
1452         return ret;
1453 }
1454
1455 /*
1456  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1457  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1458  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1459  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1460  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1461  */
1462 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1463                 struct scan_control *sc)
1464 {
1465         unsigned long inactive, isolated;
1466
1467         if (current_is_kswapd())
1468                 return 0;
1469
1470         if (!sane_reclaim(sc))
1471                 return 0;
1472
1473         if (file) {
1474                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1475                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1476         } else {
1477                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1478                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1479         }
1480
1481         /*
1482          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1483          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1484          * deadlock.
1485          */
1486         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1487                 inactive >>= 3;
1488
1489         return isolated > inactive;
1490 }
1491
1492 static noinline_for_stack void
1493 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1494 {
1495         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1496         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1497         LIST_HEAD(pages_to_free);
1498
1499         /*
1500          * Put back any unfreeable pages.
1501          */
1502         while (!list_empty(page_list)) {
1503                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1504                 int lru;
1505
1506                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1507                 list_del(&page->lru);
1508                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1509                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1510                         putback_lru_page(page);
1511                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1512                         continue;
1513                 }
1514
1515                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1516
1517                 SetPageLRU(page);
1518                 lru = page_lru(page);
1519                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1520
1521                 if (is_active_lru(lru)) {
1522                         int file = is_file_lru(lru);
1523                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1524                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1525                 }
1526                 if (put_page_testzero(page)) {
1527                         __ClearPageLRU(page);
1528                         __ClearPageActive(page);
1529                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1530
1531                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1532                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1533                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1534                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1535                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1536                         } else
1537                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1538                 }
1539         }
1540
1541         /*
1542          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1543          */
1544         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1549  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1550  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1551  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1552  */
1553 static int current_may_throttle(void)
1554 {
1555         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1556                 current->backing_dev_info == NULL ||
1557                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1558 }
1559
1560 /*
1561  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1562  * of reclaimed pages
1563  */
1564 static noinline_for_stack unsigned long
1565 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1566                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1567 {
1568         LIST_HEAD(page_list);
1569         unsigned long nr_scanned;
1570         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1571         unsigned long nr_taken;
1572         unsigned long nr_dirty = 0;
1573         unsigned long nr_congested = 0;
1574         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1575         unsigned long nr_writeback = 0;
1576         unsigned long nr_immediate = 0;
1577         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1578         int file = is_file_lru(lru);
1579         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1580         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1581
1582         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1583                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1584
1585                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1586                 if (fatal_signal_pending(current))
1587                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1588         }
1589
1590         lru_add_drain();
1591
1592         if (!sc->may_unmap)
1593                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1594         if (!sc->may_writepage)
1595                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1596
1597         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1598
1599         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1600                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1601
1602         update_lru_size(lruvec, lru, -nr_taken);
1603         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1604         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1605
1606         if (global_reclaim(sc)) {
1607                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1608                 if (current_is_kswapd())
1609                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1610                 else
1611                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1612         }
1613         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1614
1615         if (nr_taken == 0)
1616                 return 0;
1617
1618         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1619                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1620                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1621                                 false);
1622
1623         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1624
1625         if (global_reclaim(sc)) {
1626                 if (current_is_kswapd())
1627                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1628                                                nr_reclaimed);
1629                 else
1630                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1631                                                nr_reclaimed);
1632         }
1633
1634         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1635
1636         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1637
1638         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1639
1640         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1641         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1642
1643         /*
1644          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1645          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1646          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1647          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1648          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1649          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1650          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1651          * same way balance_dirty_pages() manages.
1652          *
1653          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1654          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1655          * are encountered in the nr_immediate check below.
1656          */
1657         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1658                 set_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
1659
1660         /*
1661          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1662          * stalling here.
1663          */
1664         if (sane_reclaim(sc)) {
1665                 /*
1666                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1667                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1668                  */
1669                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1670                         set_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
1671
1672                 /*
1673                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1674                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1675                  * the zone ZONE_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1676                  * reclaim context.
1677                  */
1678                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1679                         set_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
1680
1681                 /*
1682                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1683                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1684                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1685                  * they are written so also forcibly stall.
1686                  */
1687                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1688                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1689         }
1690
1691         /*
1692          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1693          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1694          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1695          */
1696         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1697             current_may_throttle())
1698                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1699
1700         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone, nr_scanned, nr_reclaimed,
1701                         sc->priority, file);
1702         return nr_reclaimed;
1703 }
1704
1705 /*
1706  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1707  *
1708  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1709  * processes, from rmap.
1710  *
1711  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1712  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1713  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1714  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1715  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1716  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1717  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1718  *
1719  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1720  * But we had to alter page->flags anyway.
1721  */
1722
1723 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1724                                      struct list_head *list,
1725                                      struct list_head *pages_to_free,
1726                                      enum lru_list lru)
1727 {
1728         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1729         unsigned long pgmoved = 0;
1730         struct page *page;
1731         int nr_pages;
1732
1733         while (!list_empty(list)) {
1734                 page = lru_to_page(list);
1735                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1736
1737                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1738                 SetPageLRU(page);
1739
1740                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1741                 update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1742                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1743                 pgmoved += nr_pages;
1744
1745                 if (put_page_testzero(page)) {
1746                         __ClearPageLRU(page);
1747                         __ClearPageActive(page);
1748                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1749
1750                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1751                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1752                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1753                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1754                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1755                         } else
1756                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1757                 }
1758         }
1759
1760         if (!is_active_lru(lru))
1761                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1762 }
1763
1764 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1765                                struct lruvec *lruvec,
1766                                struct scan_control *sc,
1767                                enum lru_list lru)
1768 {
1769         unsigned long nr_taken;
1770         unsigned long nr_scanned;
1771         unsigned long vm_flags;
1772         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1773         LIST_HEAD(l_active);
1774         LIST_HEAD(l_inactive);
1775         struct page *page;
1776         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1777         unsigned long nr_rotated = 0;
1778         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1779         int file = is_file_lru(lru);
1780         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1781
1782         lru_add_drain();
1783
1784         if (!sc->may_unmap)
1785                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1786         if (!sc->may_writepage)
1787                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1788
1789         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1790
1791         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1792                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1793
1794         update_lru_size(lruvec, lru, -nr_taken);
1795         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1796         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1797
1798         if (global_reclaim(sc))
1799                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1800         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1801
1802         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1803
1804         while (!list_empty(&l_hold)) {
1805                 cond_resched();
1806                 page = lru_to_page(&l_hold);
1807                 list_del(&page->lru);
1808
1809                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1810                         putback_lru_page(page);
1811                         continue;
1812                 }
1813
1814                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1815                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1816                                 if (page_has_private(page))
1817                                         try_to_release_page(page, 0);
1818                                 unlock_page(page);
1819                         }
1820                 }
1821
1822                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1823                                     &vm_flags)) {
1824                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1825                         /*
1826                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1827                          * give them one more trip around the active list. So
1828                          * that executable code get better chances to stay in
1829                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1830                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1831                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1832                          * so we ignore them here.
1833                          */
1834                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1835                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1836                                 continue;
1837                         }
1838                 }
1839
1840                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1841                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1842         }
1843
1844         /*
1845          * Move pages back to the lru list.
1846          */
1847         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1848         /*
1849          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1850          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1851          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1852          * get_scan_count.
1853          */
1854         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1855
1856         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1857         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1858         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1859         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1860
1861         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1862         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1863 }
1864
1865 /*
1866  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
1867  * to do too much work.
1868  *
1869  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
1870  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
1871  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
1872  *
1873  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
1874  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
1875  *
1876  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
1877  * on this LRU, maintained by the pageout code. A zone->inactive_ratio
1878  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
1879  *
1880  * total     target    max
1881  * memory    ratio     inactive
1882  * -------------------------------------
1883  *   10MB       1         5MB
1884  *  100MB       1        50MB
1885  *    1GB       3       250MB
1886  *   10GB      10       0.9GB
1887  *  100GB      31         3GB
1888  *    1TB     101        10GB
1889  *   10TB     320        32GB
1890  */
1891 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file)
1892 {
1893         unsigned long inactive_ratio;
1894         unsigned long inactive;
1895         unsigned long active;
1896         unsigned long gb;
1897
1898         /*
1899          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1900          * is pointless.
1901          */
1902         if (!file && !total_swap_pages)
1903                 return false;
1904
1905         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE);
1906         active = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE);
1907
1908         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
1909         if (gb)
1910                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
1911         else
1912                 inactive_ratio = 1;
1913
1914         return inactive * inactive_ratio < active;
1915 }
1916
1917 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1918                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1919 {
1920         if (is_active_lru(lru)) {
1921                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru)))
1922                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1923                 return 0;
1924         }
1925
1926         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1927 }
1928
1929 enum scan_balance {
1930         SCAN_EQUAL,
1931         SCAN_FRACT,
1932         SCAN_ANON,
1933         SCAN_FILE,
1934 };
1935
1936 /*
1937  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1938  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1939  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1940  * onto the active list instead of evict.
1941  *
1942  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1943  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1944  */
1945 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
1946                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1947                            unsigned long *lru_pages)
1948 {
1949         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
1950         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1951         u64 fraction[2];
1952         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1953         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1954         unsigned long anon_prio, file_prio;
1955         enum scan_balance scan_balance;
1956         unsigned long anon, file;
1957         bool force_scan = false;
1958         unsigned long ap, fp;
1959         enum lru_list lru;
1960         bool some_scanned;
1961         int pass;
1962
1963         /*
1964          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1965          * results in no scanning on this priority and a potential
1966          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1967          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1968          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1969          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1970          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1971          * well.
1972          */
1973         if (current_is_kswapd()) {
1974                 if (!zone_reclaimable(zone))
1975                         force_scan = true;
1976                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
1977                         force_scan = true;
1978         }
1979         if (!global_reclaim(sc))
1980                 force_scan = true;
1981
1982         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1983         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
1984                 scan_balance = SCAN_FILE;
1985                 goto out;
1986         }
1987
1988         /*
1989          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1990          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1991          * disable swapping for individual groups completely when
1992          * using the memory controller's swap limit feature would be
1993          * too expensive.
1994          */
1995         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
1996                 scan_balance = SCAN_FILE;
1997                 goto out;
1998         }
1999
2000         /*
2001          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2002          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2003          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2004          */
2005         if (!sc->priority && swappiness) {
2006                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2007                 goto out;
2008         }
2009
2010         /*
2011          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2012          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2013          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2014          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2015          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2016          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2017          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2018          */
2019         if (global_reclaim(sc)) {
2020                 unsigned long zonefile;
2021                 unsigned long zonefree;
2022
2023                 zonefree = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2024                 zonefile = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
2025                            zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2026
2027                 if (unlikely(zonefile + zonefree <= high_wmark_pages(zone))) {
2028                         scan_balance = SCAN_ANON;
2029                         goto out;
2030                 }
2031         }
2032
2033         /*
2034          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2035          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2036          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2037          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2038          * Without the second condition we could end up never scanning an
2039          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2040          * system is under heavy pressure.
2041          */
2042         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true) &&
2043             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2044                 scan_balance = SCAN_FILE;
2045                 goto out;
2046         }
2047
2048         scan_balance = SCAN_FRACT;
2049
2050         /*
2051          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2052          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2053          */
2054         anon_prio = swappiness;
2055         file_prio = 200 - anon_prio;
2056
2057         /*
2058          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2059          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2060          * ratios to determine how valuable each cache is.
2061          *
2062          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2063          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2064          * up weighing recent references more than old ones.
2065          *
2066          * anon in [0], file in [1]
2067          */
2068
2069         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2070                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2071         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2072                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2073
2074         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
2075         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2076                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2077                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2078         }
2079
2080         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2081                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2082                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2083         }
2084
2085         /*
2086          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2087          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2088          * each list that were recently referenced and in active use.
2089          */
2090         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2091         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2092
2093         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2094         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2095         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2096
2097         fraction[0] = ap;
2098         fraction[1] = fp;
2099         denominator = ap + fp + 1;
2100 out:
2101         some_scanned = false;
2102         /* Only use force_scan on second pass. */
2103         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2104                 *lru_pages = 0;
2105                 for_each_evictable_lru(lru) {
2106                         int file = is_file_lru(lru);
2107                         unsigned long size;
2108                         unsigned long scan;
2109
2110                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2111                         scan = size >> sc->priority;
2112
2113                         if (!scan && pass && force_scan)
2114                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2115
2116                         switch (scan_balance) {
2117                         case SCAN_EQUAL:
2118                                 /* Scan lists relative to size */
2119                                 break;
2120                         case SCAN_FRACT:
2121                                 /*
2122                                  * Scan types proportional to swappiness and
2123                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2124                                  */
2125                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2126                                                         denominator);
2127                                 break;
2128                         case SCAN_FILE:
2129                         case SCAN_ANON:
2130                                 /* Scan one type exclusively */
2131                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2132                                         size = 0;
2133                                         scan = 0;
2134                                 }
2135                                 break;
2136                         default:
2137                                 /* Look ma, no brain */
2138                                 BUG();
2139                         }
2140
2141                         *lru_pages += size;
2142                         nr[lru] = scan;
2143
2144                         /*
2145                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2146                          * if we found something to scan.
2147                          */
2148                         some_scanned |= !!scan;
2149                 }
2150         }
2151 }
2152
2153 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2154 static void init_tlb_ubc(void)
2155 {
2156         /*
2157          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2158          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2159          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2160          * then will be cleared.
2161          */
2162         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2163 }
2164 #else
2165 static inline void init_tlb_ubc(void)
2166 {
2167 }
2168 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2169
2170 /*
2171  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2172  */
2173 static void shrink_zone_memcg(struct zone *zone, struct mem_cgroup *memcg,
2174                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2175 {
2176         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2177         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2178         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2179         unsigned long nr_to_scan;
2180         enum lru_list lru;
2181         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2182         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2183         struct blk_plug plug;
2184         bool scan_adjusted;
2185
2186         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2187
2188         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2189         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2190
2191         /*
2192          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2193          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2194          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2195          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2196          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2197          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2198          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2199          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2200          * dropped to zero at the first pass.
2201          */
2202         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2203                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2204
2205         init_tlb_ubc();
2206
2207         blk_start_plug(&plug);
2208         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2209                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2210                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2211                 unsigned long nr_scanned;
2212
2213                 for_each_evictable_lru(lru) {
2214                         if (nr[lru]) {
2215                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2216                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2217
2218                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2219                                                             lruvec, sc);
2220                         }
2221                 }
2222
2223                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2224                         continue;
2225
2226                 /*
2227                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2228                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2229                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2230                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2231                  * proportional to the original scan target.
2232                  */
2233                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2234                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2235
2236                 /*
2237                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2238                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2239                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2240                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2241                  */
2242                 if (!nr_file || !nr_anon)
2243                         break;
2244
2245                 if (nr_file > nr_anon) {
2246                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2247                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2248                         lru = LRU_BASE;
2249                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2250                 } else {
2251                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2252                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2253                         lru = LRU_FILE;
2254                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2255                 }
2256
2257                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2258                 nr[lru] = 0;
2259                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2260
2261                 /*
2262                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2263                  * scan target and the percentage scanning already complete
2264                  */
2265                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2266                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2267                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2268                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2269
2270                 lru += LRU_ACTIVE;
2271                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2272                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2273                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2274
2275                 scan_adjusted = true;
2276         }
2277         blk_finish_plug(&plug);
2278         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2279
2280         /*
2281          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2282          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2283          */
2284         if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2285                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2286                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2287
2288         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2289 }
2290
2291 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2292 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2293 {
2294         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2295                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2296                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2297                 return true;
2298
2299         return false;
2300 }
2301
2302 /*
2303  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2304  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2305  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2306  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2307  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2308  */
2309 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2310                                         unsigned long nr_reclaimed,
2311                                         unsigned long nr_scanned,
2312                                         struct scan_control *sc)
2313 {
2314         unsigned long pages_for_compaction;
2315         unsigned long inactive_lru_pages;
2316
2317         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2318         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2319                 return false;
2320
2321         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2322         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2323                 /*
2324                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2325                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2326                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2327                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2328                  */
2329                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2330                         return false;
2331         } else {
2332                 /*
2333                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2334                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2335                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2336                  * pages that were scanned. This will return to the
2337                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2338                  * the resulting allocation attempt fails
2339                  */
2340                 if (!nr_reclaimed)
2341                         return false;
2342         }
2343
2344         /*
2345          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2346          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2347          */
2348         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2349         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2350         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2351                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2352         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2353                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2354                 return true;
2355
2356         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2357         switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, 0)) {
2358         case COMPACT_PARTIAL:
2359         case COMPACT_CONTINUE:
2360                 return false;
2361         default:
2362                 return true;
2363         }
2364 }
2365
2366 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc,
2367                         bool is_classzone)
2368 {
2369         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2370         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2371         bool reclaimable = false;
2372
2373         do {
2374                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2375                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2376                         .zone = zone,
2377                         .priority = sc->priority,
2378                 };
2379                 unsigned long zone_lru_pages = 0;
2380                 struct mem_cgroup *memcg;
2381
2382                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2383                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2384
2385                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2386                 do {
2387                         unsigned long lru_pages;
2388                         unsigned long reclaimed;
2389                         unsigned long scanned;
2390
2391                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2392                                 if (!sc->may_thrash)
2393                                         continue;
2394                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2395                         }
2396
2397                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2398                         scanned = sc->nr_scanned;
2399
2400                         shrink_zone_memcg(zone, memcg, sc, &lru_pages);
2401                         zone_lru_pages += lru_pages;
2402
2403                         if (memcg && is_classzone)
2404                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone),
2405                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2406                                             lru_pages);
2407
2408                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2409                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2410                                    sc->nr_scanned - scanned,
2411                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2412
2413                         /*
2414                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2415                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2416                          * zone.
2417                          *
2418                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2419                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2420                          * retry with decreasing priority if one round over the
2421                          * whole hierarchy is not sufficient.
2422                          */
2423                         if (!global_reclaim(sc) &&
2424                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2425                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2426                                 break;
2427                         }
2428                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2429
2430                 /*
2431                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2432                  * the eligible LRU pages were scanned.
2433                  */
2434                 if (global_reclaim(sc) && is_classzone)
2435                         shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone), NULL,
2436                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2437                                     zone_lru_pages);
2438
2439                 if (reclaim_state) {
2440                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2441                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2442                 }
2443
2444                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2445                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2446                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2447                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2448
2449                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2450                         reclaimable = true;
2451
2452         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2453                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2454
2455         return reclaimable;
2456 }
2457
2458 /*
2459  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2460  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2461  */
2462 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
2463 {
2464         unsigned long balance_gap, watermark;
2465         bool watermark_ok;
2466
2467         /*
2468          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2469          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2470          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2471          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2472          */
2473         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2474                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2475         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2476         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, classzone_idx);
2477
2478         /*
2479          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2480          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2481          */
2482         if (compaction_deferred(zone, order))
2483                 return watermark_ok;
2484
2485         /*
2486          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2487          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2488          */
2489         if (compaction_suitable(zone, order, 0, classzone_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2490                 return false;
2491
2492         return watermark_ok;
2493 }
2494
2495 /*
2496  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2497  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2498  * request.
2499  *
2500  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2501  * Because:
2502  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2503  *    allocation or
2504  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2505  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2506  *    zone defense algorithm.
2507  *
2508  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2509  * scan then give up on it.
2510  */
2511 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2512 {
2513         struct zoneref *z;
2514         struct zone *zone;
2515         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2516         unsigned long nr_soft_scanned;
2517         gfp_t orig_mask;
2518         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2519
2520         /*
2521          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2522          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2523          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2524          */
2525         orig_mask = sc->gfp_mask;
2526         if (buffer_heads_over_limit)
2527                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2528
2529         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2530                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2531                 enum zone_type classzone_idx;
2532
2533                 if (!populated_zone(zone))
2534                         continue;
2535
2536                 classzone_idx = requested_highidx;
2537                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2538                                                         classzone_idx))
2539                         classzone_idx--;
2540
2541                 /*
2542                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2543                  * to global LRU.
2544                  */
2545                 if (global_reclaim(sc)) {
2546                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2547                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2548                                 continue;
2549
2550                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2551                             !zone_reclaimable(zone))
2552                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2553
2554                         /*
2555                          * If we already have plenty of memory free for
2556                          * compaction in this zone, don't free any more.
2557                          * Even though compaction is invoked for any
2558                          * non-zero order, only frequent costly order
2559                          * reclamation is disruptive enough to become a
2560                          * noticeable problem, like transparent huge
2561                          * page allocations.
2562                          */
2563                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2564                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2565                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2566                             compaction_ready(zone, sc->order, requested_highidx)) {
2567                                 sc->compaction_ready = true;
2568                                 continue;
2569                         }
2570
2571                         /*
2572                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2573                          * and returns the number of reclaimed pages and
2574                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2575                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2576                          */
2577                         nr_soft_scanned = 0;
2578                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2579                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2580                                                 &nr_soft_scanned);
2581                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2582                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2583                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2584                 }
2585
2586                 shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
2587         }
2588
2589         /*
2590          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2591          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2592          */
2593         sc->gfp_mask = orig_mask;
2594 }
2595
2596 /*
2597  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2598  *
2599  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2600  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2601  *
2602  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2603  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2604  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2605  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2606  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2607  * work, and the allocation attempt will fail.
2608  *
2609  * returns:     0, if no pages reclaimed
2610  *              else, the number of pages reclaimed
2611  */
2612 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2613                                           struct scan_control *sc)
2614 {
2615         int initial_priority = sc->priority;
2616         unsigned long total_scanned = 0;
2617         unsigned long writeback_threshold;
2618 retry:
2619         delayacct_freepages_start();
2620
2621         if (global_reclaim(sc))
2622                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2623
2624         do {
2625                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2626                                 sc->priority);
2627                 sc->nr_scanned = 0;
2628                 shrink_zones(zonelist, sc);
2629
2630                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2631                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2632                         break;
2633
2634                 if (sc->compaction_ready)
2635                         break;
2636
2637                 /*
2638                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2639                  * writepage even in laptop mode.
2640                  */
2641                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2642                         sc->may_writepage = 1;
2643
2644                 /*
2645                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2646                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2647                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2648                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2649                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2650                  */
2651                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2652                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2653                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2654                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2655                         sc->may_writepage = 1;
2656                 }
2657         } while (--sc->priority >= 0);
2658
2659         delayacct_freepages_end();
2660
2661         if (sc->nr_reclaimed)
2662                 return sc->nr_reclaimed;
2663
2664         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2665         if (sc->compaction_ready)
2666                 return 1;
2667
2668         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2669         if (!sc->may_thrash) {
2670                 sc->priority = initial_priority;
2671                 sc->may_thrash = 1;
2672                 goto retry;
2673         }
2674
2675         return 0;
2676 }
2677
2678 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2679 {
2680         struct zone *zone;
2681         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2682         unsigned long free_pages = 0;
2683         int i;
2684         bool wmark_ok;
2685
2686         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2687                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2688                 if (!populated_zone(zone) ||
2689                     zone_reclaimable_pages(zone) == 0)
2690                         continue;
2691
2692                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2693                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2694         }
2695
2696         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2697         if (!pfmemalloc_reserve)
2698                 return true;
2699
2700         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2701
2702         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2703         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2704                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2705                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2706                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2707         }
2708
2709         return wmark_ok;
2710 }
2711
2712 /*
2713  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2714  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2715  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2716  * when the low watermark is reached.
2717  *
2718  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2719  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2720  */
2721 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2722                                         nodemask_t *nodemask)
2723 {
2724         struct zoneref *z;
2725         struct zone *zone;
2726         pg_data_t *pgdat = NULL;
2727
2728         /*
2729          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2730          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2731          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2732          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2733          * processes to block on log_wait_commit().
2734          */
2735         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2736                 goto out;
2737
2738         /*
2739          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2740          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2741          */
2742         if (fatal_signal_pending(current))
2743                 goto out;
2744
2745         /*
2746          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2747          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2748          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2749          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2750          *
2751          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2752          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2753          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2754          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2755          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2756          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2757          * should make reasonable progress.
2758          */
2759         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2760                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2761                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2762                         continue;
2763
2764                 /* Throttle based on the first usable node */
2765                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2766                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2767                         goto out;
2768                 break;
2769         }
2770
2771         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2772         if (!pgdat)
2773                 goto out;
2774
2775         /* Account for the throttling */
2776         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2777
2778         /*
2779          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2780          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2781          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2782          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2783          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2784          * second before continuing.
2785          */
2786         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2787                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2788                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2789
2790                 goto check_pending;
2791         }
2792
2793         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2794         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2795                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2796
2797 check_pending:
2798         if (fatal_signal_pending(current))
2799                 return true;
2800
2801 out:
2802         return false;
2803 }
2804
2805 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2806                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2807 {
2808         unsigned long nr_reclaimed;
2809         struct scan_control sc = {
2810                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2811                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2812                 .order = order,
2813                 .nodemask = nodemask,
2814                 .priority = DEF_PRIORITY,
2815                 .may_writepage = !laptop_mode,
2816                 .may_unmap = 1,
2817                 .may_swap = 1,
2818         };
2819
2820         /*
2821          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2822          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2823          * point.
2824          */
2825         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2826                 return 1;
2827
2828         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2829                                 sc.may_writepage,
2830                                 gfp_mask);
2831
2832         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2833
2834         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2835
2836         return nr_reclaimed;
2837 }
2838
2839 #ifdef CONFIG_MEMCG
2840
2841 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2842                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2843                                                 struct zone *zone,
2844                                                 unsigned long *nr_scanned)
2845 {
2846         struct scan_control sc = {
2847                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2848                 .target_mem_cgroup = memcg,
2849                 .may_writepage = !laptop_mode,
2850                 .may_unmap = 1,
2851                 .may_swap = !noswap,
2852         };
2853         unsigned long lru_pages;
2854
2855         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2856                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2857
2858         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2859                                                       sc.may_writepage,
2860                                                       sc.gfp_mask);
2861
2862         /*
2863          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2864          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2865          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2866          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2867          * the priority and make it zero.
2868          */
2869         shrink_zone_memcg(zone, memcg, &sc, &lru_pages);
2870
2871         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2872
2873         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2874         return sc.nr_reclaimed;
2875 }
2876
2877 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2878                                            unsigned long nr_pages,
2879                                            gfp_t gfp_mask,
2880                                            bool may_swap)
2881 {
2882         struct zonelist *zonelist;
2883         unsigned long nr_reclaimed;
2884         int nid;
2885         struct scan_control sc = {
2886                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2887                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2888                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2889                 .target_mem_cgroup = memcg,
2890                 .priority = DEF_PRIORITY,
2891                 .may_writepage = !laptop_mode,
2892                 .may_unmap = 1,
2893                 .may_swap = may_swap,
2894         };
2895
2896         /*
2897          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2898          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2899          * scan does not need to be the current node.
2900          */
2901         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2902
2903         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2904
2905         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2906                                             sc.may_writepage,
2907                                             sc.gfp_mask);
2908
2909         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2910
2911         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2912
2913         return nr_reclaimed;
2914 }
2915 #endif
2916
2917 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2918 {
2919         struct mem_cgroup *memcg;
2920
2921         if (!total_swap_pages)
2922                 return;
2923
2924         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2925         do {
2926                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2927
2928                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2929                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2930                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2931
2932                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2933         } while (memcg);
2934 }
2935
2936 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, bool highorder,
2937                         unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2938 {
2939         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap;
2940
2941         /*
2942          * When checking from pgdat_balanced(), kswapd should stop and sleep
2943          * when it reaches the high order-0 watermark and let kcompactd take
2944          * over. Other callers such as wakeup_kswapd() want to determine the
2945          * true high-order watermark.
2946          */
2947         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && !highorder) {
2948                 mark += (1UL << order);
2949                 order = 0;
2950         }
2951
2952         return zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx);
2953 }
2954
2955 /*
2956  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2957  *
2958  * For order-0, all zones must be balanced!
2959  *
2960  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2961  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2962  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2963  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2964  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2965  * imbalanced zones.
2966  * The choice of 25% is due to
2967  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2968  *     reasonable sized machine
2969  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2970  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2971  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2972  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2973  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2974  */
2975 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2976 {
2977         unsigned long managed_pages = 0;
2978         unsigned long balanced_pages = 0;
2979         int i;
2980
2981         /* Check the watermark levels */
2982         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2983                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2984
2985                 if (!populated_zone(zone))
2986                         continue;
2987
2988                 managed_pages += zone->managed_pages;
2989
2990                 /*
2991                  * A special case here:
2992                  *
2993                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2994                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2995                  * they must be considered balanced here as well!
2996                  */
2997                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2998                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2999                         continue;
3000                 }
3001
3002                 if (zone_balanced(zone, order, false, 0, i))
3003                         balanced_pages += zone->managed_pages;
3004                 else if (!order)
3005                         return false;
3006         }
3007
3008         if (order)
3009                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
3010         else
3011                 return true;
3012 }
3013
3014 /*
3015  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3016  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3017  *
3018  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3019  */
3020 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
3021                                         int classzone_idx)
3022 {
3023         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
3024         if (remaining)
3025                 return false;
3026
3027         /*
3028          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3029          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3030          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3031          * throttled. There is also a potential race if processes get
3032          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3033          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3034          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3035          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3036          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3037          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3038          * that here we are under prepare_to_wait().
3039          */
3040         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3041                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3042
3043         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
3044 }
3045
3046 /*
3047  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
3048  * the high watermark.
3049  *
3050  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3051  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3052  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3053  */
3054 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
3055                                int classzone_idx,
3056                                struct scan_control *sc)
3057 {
3058         unsigned long balance_gap;
3059         bool lowmem_pressure;
3060
3061         /* Reclaim above the high watermark. */
3062         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
3063
3064         /*
3065          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
3066          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
3067          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
3068          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
3069          */
3070         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
3071                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
3072
3073         /*
3074          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
3075          * reclaim is necessary
3076          */
3077         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
3078         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, sc->order, false,
3079                                                 balance_gap, classzone_idx))
3080                 return true;
3081
3082         shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
3083
3084         clear_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
3085
3086         /*
3087          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
3088          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
3089          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
3090          * waits.
3091          */
3092         if (zone_reclaimable(zone) &&
3093             zone_balanced(zone, sc->order, false, 0, classzone_idx)) {
3094                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3095                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3096         }
3097
3098         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3099 }
3100
3101 /*
3102  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
3103  * they are all at high_wmark_pages(zone).
3104  *
3105  * Returns the highest zone idx kswapd was reclaiming at
3106  *
3107  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
3108  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
3109  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
3110  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3111  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3112  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3113  * the zone for when the problem goes away.
3114  *
3115  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3116  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3117  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3118  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3119  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3120  * of pages is balanced across the zones.
3121  */
3122 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3123 {
3124         int i;
3125         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3126         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3127         unsigned long nr_soft_scanned;
3128         struct scan_control sc = {
3129                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3130                 .order = order,
3131                 .priority = DEF_PRIORITY,
3132                 .may_writepage = !laptop_mode,
3133                 .may_unmap = 1,
3134                 .may_swap = 1,
3135         };
3136         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3137
3138         do {
3139                 bool raise_priority = true;
3140
3141                 sc.nr_reclaimed = 0;
3142
3143                 /*
3144                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3145                  * zone which needs scanning
3146                  */
3147                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3148                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3149
3150                         if (!populated_zone(zone))
3151                                 continue;
3152
3153                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3154                             !zone_reclaimable(zone))
3155                                 continue;
3156
3157                         /*
3158                          * Do some background aging of the anon list, to give
3159                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3160                          */
3161                         age_active_anon(zone, &sc);
3162
3163                         /*
3164                          * If the number of buffer_heads in the machine
3165                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3166                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3167                          * it to relieve lowmem pressure.
3168                          */
3169                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3170                                 end_zone = i;
3171                                 break;
3172                         }
3173
3174                         if (!zone_balanced(zone, order, false, 0, 0)) {
3175                                 end_zone = i;
3176                                 break;
3177                         } else {
3178                                 /*
3179                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3180                                  * flags
3181                                  */
3182                                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3183                                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3184                         }
3185                 }
3186
3187                 if (i < 0)
3188                         goto out;
3189
3190                 /*
3191                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3192                  * even in laptop mode.
3193                  */
3194                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3195                         sc.may_writepage = 1;
3196
3197                 /*
3198                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3199                  * at the last zone which needs scanning.
3200                  *
3201                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3202                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3203                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3204                  * cause too much scanning of the lower zones.
3205                  */
3206                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3207                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3208
3209                         if (!populated_zone(zone))
3210                                 continue;
3211
3212                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3213                             !zone_reclaimable(zone))
3214                                 continue;
3215
3216                         sc.nr_scanned = 0;
3217
3218                         nr_soft_scanned = 0;
3219                         /*
3220                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3221                          */
3222                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3223                                                         order, sc.gfp_mask,
3224                                                         &nr_soft_scanned);
3225                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3226
3227                         /*
3228                          * There should be no need to raise the scanning
3229                          * priority if enough pages are already being scanned
3230                          * that that high watermark would be met at 100%
3231                          * efficiency.
3232                          */
3233                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc))
3234                                 raise_priority = false;
3235                 }
3236
3237                 /*
3238                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3239                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3240                  * able to safely make forward progress. Wake them
3241                  */
3242                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3243                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3244                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3245
3246                 /* Check if kswapd should be suspending */
3247                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3248                         break;
3249
3250                 /*
3251                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3252                  * progress in reclaiming pages
3253                  */
3254                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3255                         sc.priority--;
3256         } while (sc.priority >= 1 &&
3257                         !pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx));
3258
3259 out:
3260         /*
3261          * Return the highest zone idx we were reclaiming at so
3262          * prepare_kswapd_sleep() makes the same decisions as here.
3263          */
3264         return end_zone;
3265 }
3266
3267 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3268                                 int classzone_idx, int balanced_classzone_idx)
3269 {
3270         long remaining = 0;
3271         DEFINE_WAIT(wait);
3272
3273         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3274                 return;
3275
3276         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3277
3278         /* Try to sleep for a short interval */
3279         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3280                                                 balanced_classzone_idx)) {
3281                 /*
3282                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3283                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3284                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3285                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3286                  */
3287                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3288
3289                 /*
3290                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3291                  * allocation of the requested order possible.
3292                  */
3293                 wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3294
3295                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3296                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3297                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3298         }
3299
3300         /*
3301          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3302          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3303          */
3304         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3305                                                 balanced_classzone_idx)) {
3306                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3307
3308                 /*
3309                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3310                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3311                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3312                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3313                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3314                  * them before going back to sleep.
3315                  */
3316                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3317
3318                 if (!kthread_should_stop())
3319                         schedule();
3320
3321                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3322         } else {
3323                 if (remaining)
3324                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3325                 else
3326                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3327         }
3328         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3329 }
3330
3331 /*
3332  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3333  * from the init process.
3334  *
3335  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3336  * free memory available even if there is no other activity
3337  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3338  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3339  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3340  *
3341  * If there are applications that are active memory-allocators
3342  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3343  */
3344 static int kswapd(void *p)
3345 {
3346         unsigned long order, new_order;
3347         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3348         int balanced_classzone_idx;
3349         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3350         struct task_struct *tsk = current;
3351
3352         struct reclaim_state reclaim_state = {
3353                 .reclaimed_slab = 0,
3354         };
3355         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3356
3357         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3358
3359         if (!cpumask_empty(cpumask))
3360                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3361         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3362
3363         /*
3364          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3365          * and that if we need more memory we should get access to it
3366          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3367          * never get caught in the normal page freeing logic.
3368          *
3369          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3370          * you need a small amount of memory in order to be able to
3371          * page out something else, and this flag essentially protects
3372          * us from recursively trying to free more memory as we're
3373          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3374          */
3375         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3376         set_freezable();
3377
3378         order = new_order = 0;
3379         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3380         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3381         for ( ; ; ) {
3382                 bool ret;
3383
3384                 /*
3385                  * While we were reclaiming, there might have been another
3386                  * wakeup, so check the values.
3387                  */
3388                 new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3389                 new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3390                 pgdat->kswapd_max_order =  0;
3391                 pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3392
3393                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3394                         /*
3395                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3396                          * allocation or has tigher zone constraints
3397                          */
3398                         order = new_order;
3399                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3400                 } else {
3401                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, order, classzone_idx,
3402                                                 balanced_classzone_idx);
3403                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3404                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3405                         new_order = order;
3406                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3407                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3408                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3409                 }
3410
3411                 ret = try_to_freeze();
3412                 if (kthread_should_stop())
3413                         break;
3414
3415                 /*
3416                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3417                  * after returning from the refrigerator
3418                  */
3419                 if (!ret) {
3420                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3421                         balanced_classzone_idx = balance_pgdat(pgdat, order,
3422                                                                 classzone_idx);
3423                 }
3424         }
3425
3426         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3427         current->reclaim_state = NULL;
3428         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3429
3430         return 0;
3431 }
3432
3433 /*
3434  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3435  */
3436 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3437 {
3438         pg_data_t *pgdat;
3439
3440         if (!populated_zone(zone))
3441                 return;
3442
3443         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3444                 return;
3445         pgdat = zone->zone_pgdat;
3446         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3447                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3448                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3449         }
3450         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3451                 return;
3452         if (zone_balanced(zone, order, true, 0, 0))
3453                 return;
3454
3455         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3456         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3457 }
3458
3459 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3460 /*
3461  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3462  * freed pages.
3463  *
3464  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3465  * LRU order by reclaiming preferentially
3466  * inactive > active > active referenced > active mapped
3467  */
3468 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3469 {
3470         struct reclaim_state reclaim_state;
3471         struct scan_control sc = {
3472                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3473                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3474                 .priority = DEF_PRIORITY,
3475                 .may_writepage = 1,
3476                 .may_unmap = 1,
3477                 .may_swap = 1,
3478                 .hibernation_mode = 1,
3479         };
3480         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3481         struct task_struct *p = current;
3482         unsigned long nr_reclaimed;
3483
3484         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3485         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3486         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3487         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3488
3489         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3490
3491         p->reclaim_state = NULL;
3492         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3493         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3494
3495         return nr_reclaimed;
3496 }
3497 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3498
3499 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3500    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3501    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3502    restore their cpu bindings. */
3503 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3504                         void *hcpu)
3505 {
3506         int nid;
3507
3508         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3509                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3510                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3511                         const struct cpumask *mask;
3512
3513                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3514
3515                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3516                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3517                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3518                 }
3519         }
3520         return NOTIFY_OK;
3521 }
3522
3523 /*
3524  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3525  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3526  */
3527 int kswapd_run(int nid)
3528 {
3529         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3530         int ret = 0;
3531
3532         if (pgdat->kswapd)
3533                 return 0;
3534
3535         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3536         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3537                 /* failure at boot is fatal */
3538                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3539                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3540                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3541                 pgdat->kswapd = NULL;
3542         }
3543         return ret;
3544 }
3545
3546 /*
3547  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3548  * hold mem_hotplug_begin/end().
3549  */
3550 void kswapd_stop(int nid)
3551 {
3552         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3553
3554         if (kswapd) {
3555                 kthread_stop(kswapd);
3556                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3557         }
3558 }
3559
3560 static int __init kswapd_init(void)
3561 {
3562         int nid;
3563
3564         swap_setup();
3565         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3566                 kswapd_run(nid);
3567         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3568         return 0;
3569 }
3570
3571 module_init(kswapd_init)
3572
3573 #ifdef CONFIG_NUMA
3574 /*
3575  * Zone reclaim mode
3576  *
3577  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3578  * the watermarks.
3579  */
3580 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3581
3582 #define RECLAIM_OFF 0
3583 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3584 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3585 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3586
3587 /*
3588  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3589  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3590  * a zone.
3591  */
3592 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3593
3594 /*
3595  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3596  * occur.
3597  */
3598 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3599
3600 /*
3601  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3602  * slab reclaim needs to occur.
3603  */
3604 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3605
3606 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3607 {
3608         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3609         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3610                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3611
3612         /*
3613          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3614          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3615          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3616          */
3617         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3618 }
3619
3620 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3621 static unsigned long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3622 {
3623         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3624         unsigned long delta = 0;
3625
3626         /*
3627          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3628          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3629          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3630          * a better estimate
3631          */
3632         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3633                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3634         else
3635                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3636
3637         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3638         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3639                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3640
3641         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3642         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3643                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3644
3645         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3646 }
3647
3648 /*
3649  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3650  */
3651 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3652 {
3653         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3654         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3655         struct task_struct *p = current;
3656         struct reclaim_state reclaim_state;
3657         struct scan_control sc = {
3658                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3659                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3660                 .order = order,
3661                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3662                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3663                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3664                 .may_swap = 1,
3665         };
3666
3667         cond_resched();
3668         /*
3669          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3670          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3671          * and RECLAIM_UNMAP.
3672          */
3673         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3674         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3675         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3676         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3677
3678         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3679                 /*
3680                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3681                  * priorities until we have enough memory freed.
3682                  */
3683                 do {
3684                         shrink_zone(zone, &sc, true);
3685                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3686         }
3687
3688         p->reclaim_state = NULL;
3689         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3690         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3691         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3692 }
3693
3694 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3695 {
3696         int node_id;
3697         int ret;
3698
3699         /*
3700          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3701          * slab pages if we are over the defined limits.
3702          *
3703          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3704          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3705          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3706          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3707          * unmapped file backed pages.
3708          */
3709         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3710             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3711                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3712
3713         if (!zone_reclaimable(zone))
3714                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3715
3716         /*
3717          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3718          */
3719         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3720                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3721
3722         /*
3723          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3724          * have associated processors. This will favor the local processor
3725          * over remote processors and spread off node memory allocations
3726          * as wide as possible.
3727          */
3728         node_id = zone_to_nid(zone);
3729         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3730                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3731
3732         if (test_and_set_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags))
3733                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3734
3735         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3736         clear_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags);
3737
3738         if (!ret)
3739                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3740
3741         return ret;
3742 }
3743 #endif
3744
3745 /*
3746  * page_evictable - test whether a page is evictable
3747  * @page: the page to test
3748  *
3749  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3750  * lists vs unevictable list.
3751  *
3752  * Reasons page might not be evictable:
3753  * (1) page's mapping marked unevictable
3754  * (2) page is part of an mlocked VMA
3755  *
3756  */
3757 int page_evictable(struct page *page)
3758 {
3759         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3760 }
3761
3762 #ifdef CONFIG_SHMEM
3763 /**
3764  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3765  * @pages:      array of pages to check
3766  * @nr_pages:   number of pages to check
3767  *
3768  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3769  *
3770  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3771  */
3772 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3773 {
3774         struct lruvec *lruvec;
3775         struct zone *zone = NULL;
3776         int pgscanned = 0;
3777         int pgrescued = 0;
3778         int i;
3779
3780         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3781                 struct page *page = pages[i];
3782                 struct zone *pagezone;
3783
3784                 pgscanned++;
3785                 pagezone = page_zone(page);
3786                 if (pagezone != zone) {
3787                         if (zone)
3788                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3789                         zone = pagezone;
3790                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3791                 }
3792                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3793
3794                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3795                         continue;
3796
3797                 if (page_evictable(page)) {
3798                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3799
3800                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3801                         ClearPageUnevictable(page);
3802                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3803                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3804                         pgrescued++;
3805                 }
3806         }
3807
3808         if (zone) {
3809                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3810                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3811                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3812         }
3813 }
3814 #endif /* CONFIG_SHMEM */