Merge branches 'pm-cpuidle' and 'pm-cpufreq'
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / mm / page-writeback.c
1 /*
2  * mm/page-writeback.c
3  *
4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
5  * Copyright (C) 2007 Red Hat, Inc., Peter Zijlstra <pzijlstr@redhat.com>
6  *
7  * Contains functions related to writing back dirty pages at the
8  * address_space level.
9  *
10  * 10Apr2002    Andrew Morton
11  *              Initial version
12  */
13
14 #include <linux/kernel.h>
15 #include <linux/export.h>
16 #include <linux/spinlock.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/slab.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/writeback.h>
23 #include <linux/init.h>
24 #include <linux/backing-dev.h>
25 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
26 #include <linux/blkdev.h>
27 #include <linux/mpage.h>
28 #include <linux/rmap.h>
29 #include <linux/percpu.h>
30 #include <linux/notifier.h>
31 #include <linux/smp.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/syscalls.h>
35 #include <linux/buffer_head.h> /* __set_page_dirty_buffers */
36 #include <linux/pagevec.h>
37 #include <linux/timer.h>
38 #include <linux/sched/rt.h>
39 #include <linux/mm_inline.h>
40 #include <trace/events/writeback.h>
41
42 #include "internal.h"
43
44 /*
45  * Sleep at most 200ms at a time in balance_dirty_pages().
46  */
47 #define MAX_PAUSE               max(HZ/5, 1)
48
49 /*
50  * Try to keep balance_dirty_pages() call intervals higher than this many pages
51  * by raising pause time to max_pause when falls below it.
52  */
53 #define DIRTY_POLL_THRESH       (128 >> (PAGE_SHIFT - 10))
54
55 /*
56  * Estimate write bandwidth at 200ms intervals.
57  */
58 #define BANDWIDTH_INTERVAL      max(HZ/5, 1)
59
60 #define RATELIMIT_CALC_SHIFT    10
61
62 /*
63  * After a CPU has dirtied this many pages, balance_dirty_pages_ratelimited
64  * will look to see if it needs to force writeback or throttling.
65  */
66 static long ratelimit_pages = 32;
67
68 /* The following parameters are exported via /proc/sys/vm */
69
70 /*
71  * Start background writeback (via writeback threads) at this percentage
72  */
73 int dirty_background_ratio = 10;
74
75 /*
76  * dirty_background_bytes starts at 0 (disabled) so that it is a function of
77  * dirty_background_ratio * the amount of dirtyable memory
78  */
79 unsigned long dirty_background_bytes;
80
81 /*
82  * free highmem will not be subtracted from the total free memory
83  * for calculating free ratios if vm_highmem_is_dirtyable is true
84  */
85 int vm_highmem_is_dirtyable;
86
87 /*
88  * The generator of dirty data starts writeback at this percentage
89  */
90 int vm_dirty_ratio = 20;
91
92 /*
93  * vm_dirty_bytes starts at 0 (disabled) so that it is a function of
94  * vm_dirty_ratio * the amount of dirtyable memory
95  */
96 unsigned long vm_dirty_bytes;
97
98 /*
99  * The interval between `kupdate'-style writebacks
100  */
101 unsigned int dirty_writeback_interval = 5 * 100; /* centiseconds */
102
103 EXPORT_SYMBOL_GPL(dirty_writeback_interval);
104
105 /*
106  * The longest time for which data is allowed to remain dirty
107  */
108 unsigned int dirty_expire_interval = 30 * 100; /* centiseconds */
109
110 /*
111  * Flag that makes the machine dump writes/reads and block dirtyings.
112  */
113 int block_dump;
114
115 /*
116  * Flag that puts the machine in "laptop mode". Doubles as a timeout in jiffies:
117  * a full sync is triggered after this time elapses without any disk activity.
118  */
119 int laptop_mode;
120
121 EXPORT_SYMBOL(laptop_mode);
122
123 /* End of sysctl-exported parameters */
124
125 unsigned long global_dirty_limit;
126
127 /*
128  * Scale the writeback cache size proportional to the relative writeout speeds.
129  *
130  * We do this by keeping a floating proportion between BDIs, based on page
131  * writeback completions [end_page_writeback()]. Those devices that write out
132  * pages fastest will get the larger share, while the slower will get a smaller
133  * share.
134  *
135  * We use page writeout completions because we are interested in getting rid of
136  * dirty pages. Having them written out is the primary goal.
137  *
138  * We introduce a concept of time, a period over which we measure these events,
139  * because demand can/will vary over time. The length of this period itself is
140  * measured in page writeback completions.
141  *
142  */
143 static struct fprop_global writeout_completions;
144
145 static void writeout_period(unsigned long t);
146 /* Timer for aging of writeout_completions */
147 static struct timer_list writeout_period_timer =
148                 TIMER_DEFERRED_INITIALIZER(writeout_period, 0, 0);
149 static unsigned long writeout_period_time = 0;
150
151 /*
152  * Length of period for aging writeout fractions of bdis. This is an
153  * arbitrarily chosen number. The longer the period, the slower fractions will
154  * reflect changes in current writeout rate.
155  */
156 #define VM_COMPLETIONS_PERIOD_LEN (3*HZ)
157
158 /*
159  * Work out the current dirty-memory clamping and background writeout
160  * thresholds.
161  *
162  * The main aim here is to lower them aggressively if there is a lot of mapped
163  * memory around.  To avoid stressing page reclaim with lots of unreclaimable
164  * pages.  It is better to clamp down on writers than to start swapping, and
165  * performing lots of scanning.
166  *
167  * We only allow 1/2 of the currently-unmapped memory to be dirtied.
168  *
169  * We don't permit the clamping level to fall below 5% - that is getting rather
170  * excessive.
171  *
172  * We make sure that the background writeout level is below the adjusted
173  * clamping level.
174  */
175
176 /*
177  * In a memory zone, there is a certain amount of pages we consider
178  * available for the page cache, which is essentially the number of
179  * free and reclaimable pages, minus some zone reserves to protect
180  * lowmem and the ability to uphold the zone's watermarks without
181  * requiring writeback.
182  *
183  * This number of dirtyable pages is the base value of which the
184  * user-configurable dirty ratio is the effictive number of pages that
185  * are allowed to be actually dirtied.  Per individual zone, or
186  * globally by using the sum of dirtyable pages over all zones.
187  *
188  * Because the user is allowed to specify the dirty limit globally as
189  * absolute number of bytes, calculating the per-zone dirty limit can
190  * require translating the configured limit into a percentage of
191  * global dirtyable memory first.
192  */
193
194 static unsigned long highmem_dirtyable_memory(unsigned long total)
195 {
196 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
197         int node;
198         unsigned long x = 0;
199
200         for_each_node_state(node, N_HIGH_MEMORY) {
201                 struct zone *z =
202                         &NODE_DATA(node)->node_zones[ZONE_HIGHMEM];
203
204                 x += zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES) +
205                      zone_reclaimable_pages(z) - z->dirty_balance_reserve;
206         }
207         /*
208          * Unreclaimable memory (kernel memory or anonymous memory
209          * without swap) can bring down the dirtyable pages below
210          * the zone's dirty balance reserve and the above calculation
211          * will underflow.  However we still want to add in nodes
212          * which are below threshold (negative values) to get a more
213          * accurate calculation but make sure that the total never
214          * underflows.
215          */
216         if ((long)x < 0)
217                 x = 0;
218
219         /*
220          * Make sure that the number of highmem pages is never larger
221          * than the number of the total dirtyable memory. This can only
222          * occur in very strange VM situations but we want to make sure
223          * that this does not occur.
224          */
225         return min(x, total);
226 #else
227         return 0;
228 #endif
229 }
230
231 /**
232  * global_dirtyable_memory - number of globally dirtyable pages
233  *
234  * Returns the global number of pages potentially available for dirty
235  * page cache.  This is the base value for the global dirty limits.
236  */
237 static unsigned long global_dirtyable_memory(void)
238 {
239         unsigned long x;
240
241         x = global_page_state(NR_FREE_PAGES) + global_reclaimable_pages();
242         x -= min(x, dirty_balance_reserve);
243
244         if (!vm_highmem_is_dirtyable)
245                 x -= highmem_dirtyable_memory(x);
246
247         return x + 1;   /* Ensure that we never return 0 */
248 }
249
250 /*
251  * global_dirty_limits - background-writeback and dirty-throttling thresholds
252  *
253  * Calculate the dirty thresholds based on sysctl parameters
254  * - vm.dirty_background_ratio  or  vm.dirty_background_bytes
255  * - vm.dirty_ratio             or  vm.dirty_bytes
256  * The dirty limits will be lifted by 1/4 for PF_LESS_THROTTLE (ie. nfsd) and
257  * real-time tasks.
258  */
259 void global_dirty_limits(unsigned long *pbackground, unsigned long *pdirty)
260 {
261         unsigned long background;
262         unsigned long dirty;
263         unsigned long uninitialized_var(available_memory);
264         struct task_struct *tsk;
265
266         if (!vm_dirty_bytes || !dirty_background_bytes)
267                 available_memory = global_dirtyable_memory();
268
269         if (vm_dirty_bytes)
270                 dirty = DIV_ROUND_UP(vm_dirty_bytes, PAGE_SIZE);
271         else
272                 dirty = (vm_dirty_ratio * available_memory) / 100;
273
274         if (dirty_background_bytes)
275                 background = DIV_ROUND_UP(dirty_background_bytes, PAGE_SIZE);
276         else
277                 background = (dirty_background_ratio * available_memory) / 100;
278
279         if (background >= dirty)
280                 background = dirty / 2;
281         tsk = current;
282         if (tsk->flags & PF_LESS_THROTTLE || rt_task(tsk)) {
283                 background += background / 4;
284                 dirty += dirty / 4;
285         }
286         *pbackground = background;
287         *pdirty = dirty;
288         trace_global_dirty_state(background, dirty);
289 }
290
291 /**
292  * zone_dirtyable_memory - number of dirtyable pages in a zone
293  * @zone: the zone
294  *
295  * Returns the zone's number of pages potentially available for dirty
296  * page cache.  This is the base value for the per-zone dirty limits.
297  */
298 static unsigned long zone_dirtyable_memory(struct zone *zone)
299 {
300         /*
301          * The effective global number of dirtyable pages may exclude
302          * highmem as a big-picture measure to keep the ratio between
303          * dirty memory and lowmem reasonable.
304          *
305          * But this function is purely about the individual zone and a
306          * highmem zone can hold its share of dirty pages, so we don't
307          * care about vm_highmem_is_dirtyable here.
308          */
309         unsigned long nr_pages = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) +
310                 zone_reclaimable_pages(zone);
311
312         /* don't allow this to underflow */
313         nr_pages -= min(nr_pages, zone->dirty_balance_reserve);
314         return nr_pages;
315 }
316
317 /**
318  * zone_dirty_limit - maximum number of dirty pages allowed in a zone
319  * @zone: the zone
320  *
321  * Returns the maximum number of dirty pages allowed in a zone, based
322  * on the zone's dirtyable memory.
323  */
324 static unsigned long zone_dirty_limit(struct zone *zone)
325 {
326         unsigned long zone_memory = zone_dirtyable_memory(zone);
327         struct task_struct *tsk = current;
328         unsigned long dirty;
329
330         if (vm_dirty_bytes)
331                 dirty = DIV_ROUND_UP(vm_dirty_bytes, PAGE_SIZE) *
332                         zone_memory / global_dirtyable_memory();
333         else
334                 dirty = vm_dirty_ratio * zone_memory / 100;
335
336         if (tsk->flags & PF_LESS_THROTTLE || rt_task(tsk))
337                 dirty += dirty / 4;
338
339         return dirty;
340 }
341
342 /**
343  * zone_dirty_ok - tells whether a zone is within its dirty limits
344  * @zone: the zone to check
345  *
346  * Returns %true when the dirty pages in @zone are within the zone's
347  * dirty limit, %false if the limit is exceeded.
348  */
349 bool zone_dirty_ok(struct zone *zone)
350 {
351         unsigned long limit = zone_dirty_limit(zone);
352
353         return zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY) +
354                zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS) +
355                zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK) <= limit;
356 }
357
358 int dirty_background_ratio_handler(struct ctl_table *table, int write,
359                 void __user *buffer, size_t *lenp,
360                 loff_t *ppos)
361 {
362         int ret;
363
364         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
365         if (ret == 0 && write)
366                 dirty_background_bytes = 0;
367         return ret;
368 }
369
370 int dirty_background_bytes_handler(struct ctl_table *table, int write,
371                 void __user *buffer, size_t *lenp,
372                 loff_t *ppos)
373 {
374         int ret;
375
376         ret = proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
377         if (ret == 0 && write)
378                 dirty_background_ratio = 0;
379         return ret;
380 }
381
382 int dirty_ratio_handler(struct ctl_table *table, int write,
383                 void __user *buffer, size_t *lenp,
384                 loff_t *ppos)
385 {
386         int old_ratio = vm_dirty_ratio;
387         int ret;
388
389         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
390         if (ret == 0 && write && vm_dirty_ratio != old_ratio) {
391                 writeback_set_ratelimit();
392                 vm_dirty_bytes = 0;
393         }
394         return ret;
395 }
396
397 int dirty_bytes_handler(struct ctl_table *table, int write,
398                 void __user *buffer, size_t *lenp,
399                 loff_t *ppos)
400 {
401         unsigned long old_bytes = vm_dirty_bytes;
402         int ret;
403
404         ret = proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
405         if (ret == 0 && write && vm_dirty_bytes != old_bytes) {
406                 writeback_set_ratelimit();
407                 vm_dirty_ratio = 0;
408         }
409         return ret;
410 }
411
412 static unsigned long wp_next_time(unsigned long cur_time)
413 {
414         cur_time += VM_COMPLETIONS_PERIOD_LEN;
415         /* 0 has a special meaning... */
416         if (!cur_time)
417                 return 1;
418         return cur_time;
419 }
420
421 /*
422  * Increment the BDI's writeout completion count and the global writeout
423  * completion count. Called from test_clear_page_writeback().
424  */
425 static inline void __bdi_writeout_inc(struct backing_dev_info *bdi)
426 {
427         __inc_bdi_stat(bdi, BDI_WRITTEN);
428         __fprop_inc_percpu_max(&writeout_completions, &bdi->completions,
429                                bdi->max_prop_frac);
430         /* First event after period switching was turned off? */
431         if (!unlikely(writeout_period_time)) {
432                 /*
433                  * We can race with other __bdi_writeout_inc calls here but
434                  * it does not cause any harm since the resulting time when
435                  * timer will fire and what is in writeout_period_time will be
436                  * roughly the same.
437                  */
438                 writeout_period_time = wp_next_time(jiffies);
439                 mod_timer(&writeout_period_timer, writeout_period_time);
440         }
441 }
442
443 void bdi_writeout_inc(struct backing_dev_info *bdi)
444 {
445         unsigned long flags;
446
447         local_irq_save(flags);
448         __bdi_writeout_inc(bdi);
449         local_irq_restore(flags);
450 }
451 EXPORT_SYMBOL_GPL(bdi_writeout_inc);
452
453 /*
454  * Obtain an accurate fraction of the BDI's portion.
455  */
456 static void bdi_writeout_fraction(struct backing_dev_info *bdi,
457                 long *numerator, long *denominator)
458 {
459         fprop_fraction_percpu(&writeout_completions, &bdi->completions,
460                                 numerator, denominator);
461 }
462
463 /*
464  * On idle system, we can be called long after we scheduled because we use
465  * deferred timers so count with missed periods.
466  */
467 static void writeout_period(unsigned long t)
468 {
469         int miss_periods = (jiffies - writeout_period_time) /
470                                                  VM_COMPLETIONS_PERIOD_LEN;
471
472         if (fprop_new_period(&writeout_completions, miss_periods + 1)) {
473                 writeout_period_time = wp_next_time(writeout_period_time +
474                                 miss_periods * VM_COMPLETIONS_PERIOD_LEN);
475                 mod_timer(&writeout_period_timer, writeout_period_time);
476         } else {
477                 /*
478                  * Aging has zeroed all fractions. Stop wasting CPU on period
479                  * updates.
480                  */
481                 writeout_period_time = 0;
482         }
483 }
484
485 /*
486  * bdi_min_ratio keeps the sum of the minimum dirty shares of all
487  * registered backing devices, which, for obvious reasons, can not
488  * exceed 100%.
489  */
490 static unsigned int bdi_min_ratio;
491
492 int bdi_set_min_ratio(struct backing_dev_info *bdi, unsigned int min_ratio)
493 {
494         int ret = 0;
495
496         spin_lock_bh(&bdi_lock);
497         if (min_ratio > bdi->max_ratio) {
498                 ret = -EINVAL;
499         } else {
500                 min_ratio -= bdi->min_ratio;
501                 if (bdi_min_ratio + min_ratio < 100) {
502                         bdi_min_ratio += min_ratio;
503                         bdi->min_ratio += min_ratio;
504                 } else {
505                         ret = -EINVAL;
506                 }
507         }
508         spin_unlock_bh(&bdi_lock);
509
510         return ret;
511 }
512
513 int bdi_set_max_ratio(struct backing_dev_info *bdi, unsigned max_ratio)
514 {
515         int ret = 0;
516
517         if (max_ratio > 100)
518                 return -EINVAL;
519
520         spin_lock_bh(&bdi_lock);
521         if (bdi->min_ratio > max_ratio) {
522                 ret = -EINVAL;
523         } else {
524                 bdi->max_ratio = max_ratio;
525                 bdi->max_prop_frac = (FPROP_FRAC_BASE * max_ratio) / 100;
526         }
527         spin_unlock_bh(&bdi_lock);
528
529         return ret;
530 }
531 EXPORT_SYMBOL(bdi_set_max_ratio);
532
533 static unsigned long dirty_freerun_ceiling(unsigned long thresh,
534                                            unsigned long bg_thresh)
535 {
536         return (thresh + bg_thresh) / 2;
537 }
538
539 static unsigned long hard_dirty_limit(unsigned long thresh)
540 {
541         return max(thresh, global_dirty_limit);
542 }
543
544 /**
545  * bdi_dirty_limit - @bdi's share of dirty throttling threshold
546  * @bdi: the backing_dev_info to query
547  * @dirty: global dirty limit in pages
548  *
549  * Returns @bdi's dirty limit in pages. The term "dirty" in the context of
550  * dirty balancing includes all PG_dirty, PG_writeback and NFS unstable pages.
551  *
552  * Note that balance_dirty_pages() will only seriously take it as a hard limit
553  * when sleeping max_pause per page is not enough to keep the dirty pages under
554  * control. For example, when the device is completely stalled due to some error
555  * conditions, or when there are 1000 dd tasks writing to a slow 10MB/s USB key.
556  * In the other normal situations, it acts more gently by throttling the tasks
557  * more (rather than completely block them) when the bdi dirty pages go high.
558  *
559  * It allocates high/low dirty limits to fast/slow devices, in order to prevent
560  * - starving fast devices
561  * - piling up dirty pages (that will take long time to sync) on slow devices
562  *
563  * The bdi's share of dirty limit will be adapting to its throughput and
564  * bounded by the bdi->min_ratio and/or bdi->max_ratio parameters, if set.
565  */
566 unsigned long bdi_dirty_limit(struct backing_dev_info *bdi, unsigned long dirty)
567 {
568         u64 bdi_dirty;
569         long numerator, denominator;
570
571         /*
572          * Calculate this BDI's share of the dirty ratio.
573          */
574         bdi_writeout_fraction(bdi, &numerator, &denominator);
575
576         bdi_dirty = (dirty * (100 - bdi_min_ratio)) / 100;
577         bdi_dirty *= numerator;
578         do_div(bdi_dirty, denominator);
579
580         bdi_dirty += (dirty * bdi->min_ratio) / 100;
581         if (bdi_dirty > (dirty * bdi->max_ratio) / 100)
582                 bdi_dirty = dirty * bdi->max_ratio / 100;
583
584         return bdi_dirty;
585 }
586
587 /*
588  *                           setpoint - dirty 3
589  *        f(dirty) := 1.0 + (----------------)
590  *                           limit - setpoint
591  *
592  * it's a 3rd order polynomial that subjects to
593  *
594  * (1) f(freerun)  = 2.0 => rampup dirty_ratelimit reasonably fast
595  * (2) f(setpoint) = 1.0 => the balance point
596  * (3) f(limit)    = 0   => the hard limit
597  * (4) df/dx      <= 0   => negative feedback control
598  * (5) the closer to setpoint, the smaller |df/dx| (and the reverse)
599  *     => fast response on large errors; small oscillation near setpoint
600  */
601 static inline long long pos_ratio_polynom(unsigned long setpoint,
602                                           unsigned long dirty,
603                                           unsigned long limit)
604 {
605         long long pos_ratio;
606         long x;
607
608         x = div_s64(((s64)setpoint - (s64)dirty) << RATELIMIT_CALC_SHIFT,
609                     limit - setpoint + 1);
610         pos_ratio = x;
611         pos_ratio = pos_ratio * x >> RATELIMIT_CALC_SHIFT;
612         pos_ratio = pos_ratio * x >> RATELIMIT_CALC_SHIFT;
613         pos_ratio += 1 << RATELIMIT_CALC_SHIFT;
614
615         return clamp(pos_ratio, 0LL, 2LL << RATELIMIT_CALC_SHIFT);
616 }
617
618 /*
619  * Dirty position control.
620  *
621  * (o) global/bdi setpoints
622  *
623  * We want the dirty pages be balanced around the global/bdi setpoints.
624  * When the number of dirty pages is higher/lower than the setpoint, the
625  * dirty position control ratio (and hence task dirty ratelimit) will be
626  * decreased/increased to bring the dirty pages back to the setpoint.
627  *
628  *     pos_ratio = 1 << RATELIMIT_CALC_SHIFT
629  *
630  *     if (dirty < setpoint) scale up   pos_ratio
631  *     if (dirty > setpoint) scale down pos_ratio
632  *
633  *     if (bdi_dirty < bdi_setpoint) scale up   pos_ratio
634  *     if (bdi_dirty > bdi_setpoint) scale down pos_ratio
635  *
636  *     task_ratelimit = dirty_ratelimit * pos_ratio >> RATELIMIT_CALC_SHIFT
637  *
638  * (o) global control line
639  *
640  *     ^ pos_ratio
641  *     |
642  *     |            |<===== global dirty control scope ======>|
643  * 2.0 .............*
644  *     |            .*
645  *     |            . *
646  *     |            .   *
647  *     |            .     *
648  *     |            .        *
649  *     |            .            *
650  * 1.0 ................................*
651  *     |            .                  .     *
652  *     |            .                  .          *
653  *     |            .                  .              *
654  *     |            .                  .                 *
655  *     |            .                  .                    *
656  *   0 +------------.------------------.----------------------*------------->
657  *           freerun^          setpoint^                 limit^   dirty pages
658  *
659  * (o) bdi control line
660  *
661  *     ^ pos_ratio
662  *     |
663  *     |            *
664  *     |              *
665  *     |                *
666  *     |                  *
667  *     |                    * |<=========== span ============>|
668  * 1.0 .......................*
669  *     |                      . *
670  *     |                      .   *
671  *     |                      .     *
672  *     |                      .       *
673  *     |                      .         *
674  *     |                      .           *
675  *     |                      .             *
676  *     |                      .               *
677  *     |                      .                 *
678  *     |                      .                   *
679  *     |                      .                     *
680  * 1/4 ...............................................* * * * * * * * * * * *
681  *     |                      .                         .
682  *     |                      .                           .
683  *     |                      .                             .
684  *   0 +----------------------.-------------------------------.------------->
685  *                bdi_setpoint^                    x_intercept^
686  *
687  * The bdi control line won't drop below pos_ratio=1/4, so that bdi_dirty can
688  * be smoothly throttled down to normal if it starts high in situations like
689  * - start writing to a slow SD card and a fast disk at the same time. The SD
690  *   card's bdi_dirty may rush to many times higher than bdi_setpoint.
691  * - the bdi dirty thresh drops quickly due to change of JBOD workload
692  */
693 static unsigned long bdi_position_ratio(struct backing_dev_info *bdi,
694                                         unsigned long thresh,
695                                         unsigned long bg_thresh,
696                                         unsigned long dirty,
697                                         unsigned long bdi_thresh,
698                                         unsigned long bdi_dirty)
699 {
700         unsigned long write_bw = bdi->avg_write_bandwidth;
701         unsigned long freerun = dirty_freerun_ceiling(thresh, bg_thresh);
702         unsigned long limit = hard_dirty_limit(thresh);
703         unsigned long x_intercept;
704         unsigned long setpoint;         /* dirty pages' target balance point */
705         unsigned long bdi_setpoint;
706         unsigned long span;
707         long long pos_ratio;            /* for scaling up/down the rate limit */
708         long x;
709
710         if (unlikely(dirty >= limit))
711                 return 0;
712
713         /*
714          * global setpoint
715          *
716          * See comment for pos_ratio_polynom().
717          */
718         setpoint = (freerun + limit) / 2;
719         pos_ratio = pos_ratio_polynom(setpoint, dirty, limit);
720
721         /*
722          * The strictlimit feature is a tool preventing mistrusted filesystems
723          * from growing a large number of dirty pages before throttling. For
724          * such filesystems balance_dirty_pages always checks bdi counters
725          * against bdi limits. Even if global "nr_dirty" is under "freerun".
726          * This is especially important for fuse which sets bdi->max_ratio to
727          * 1% by default. Without strictlimit feature, fuse writeback may
728          * consume arbitrary amount of RAM because it is accounted in
729          * NR_WRITEBACK_TEMP which is not involved in calculating "nr_dirty".
730          *
731          * Here, in bdi_position_ratio(), we calculate pos_ratio based on
732          * two values: bdi_dirty and bdi_thresh. Let's consider an example:
733          * total amount of RAM is 16GB, bdi->max_ratio is equal to 1%, global
734          * limits are set by default to 10% and 20% (background and throttle).
735          * Then bdi_thresh is 1% of 20% of 16GB. This amounts to ~8K pages.
736          * bdi_dirty_limit(bdi, bg_thresh) is about ~4K pages. bdi_setpoint is
737          * about ~6K pages (as the average of background and throttle bdi
738          * limits). The 3rd order polynomial will provide positive feedback if
739          * bdi_dirty is under bdi_setpoint and vice versa.
740          *
741          * Note, that we cannot use global counters in these calculations
742          * because we want to throttle process writing to a strictlimit BDI
743          * much earlier than global "freerun" is reached (~23MB vs. ~2.3GB
744          * in the example above).
745          */
746         if (unlikely(bdi->capabilities & BDI_CAP_STRICTLIMIT)) {
747                 long long bdi_pos_ratio;
748                 unsigned long bdi_bg_thresh;
749
750                 if (bdi_dirty < 8)
751                         return min_t(long long, pos_ratio * 2,
752                                      2 << RATELIMIT_CALC_SHIFT);
753
754                 if (bdi_dirty >= bdi_thresh)
755                         return 0;
756
757                 bdi_bg_thresh = div_u64((u64)bdi_thresh * bg_thresh, thresh);
758                 bdi_setpoint = dirty_freerun_ceiling(bdi_thresh,
759                                                      bdi_bg_thresh);
760
761                 if (bdi_setpoint == 0 || bdi_setpoint == bdi_thresh)
762                         return 0;
763
764                 bdi_pos_ratio = pos_ratio_polynom(bdi_setpoint, bdi_dirty,
765                                                   bdi_thresh);
766
767                 /*
768                  * Typically, for strictlimit case, bdi_setpoint << setpoint
769                  * and pos_ratio >> bdi_pos_ratio. In the other words global
770                  * state ("dirty") is not limiting factor and we have to
771                  * make decision based on bdi counters. But there is an
772                  * important case when global pos_ratio should get precedence:
773                  * global limits are exceeded (e.g. due to activities on other
774                  * BDIs) while given strictlimit BDI is below limit.
775                  *
776                  * "pos_ratio * bdi_pos_ratio" would work for the case above,
777                  * but it would look too non-natural for the case of all
778                  * activity in the system coming from a single strictlimit BDI
779                  * with bdi->max_ratio == 100%.
780                  *
781                  * Note that min() below somewhat changes the dynamics of the
782                  * control system. Normally, pos_ratio value can be well over 3
783                  * (when globally we are at freerun and bdi is well below bdi
784                  * setpoint). Now the maximum pos_ratio in the same situation
785                  * is 2. We might want to tweak this if we observe the control
786                  * system is too slow to adapt.
787                  */
788                 return min(pos_ratio, bdi_pos_ratio);
789         }
790
791         /*
792          * We have computed basic pos_ratio above based on global situation. If
793          * the bdi is over/under its share of dirty pages, we want to scale
794          * pos_ratio further down/up. That is done by the following mechanism.
795          */
796
797         /*
798          * bdi setpoint
799          *
800          *        f(bdi_dirty) := 1.0 + k * (bdi_dirty - bdi_setpoint)
801          *
802          *                        x_intercept - bdi_dirty
803          *                     := --------------------------
804          *                        x_intercept - bdi_setpoint
805          *
806          * The main bdi control line is a linear function that subjects to
807          *
808          * (1) f(bdi_setpoint) = 1.0
809          * (2) k = - 1 / (8 * write_bw)  (in single bdi case)
810          *     or equally: x_intercept = bdi_setpoint + 8 * write_bw
811          *
812          * For single bdi case, the dirty pages are observed to fluctuate
813          * regularly within range
814          *        [bdi_setpoint - write_bw/2, bdi_setpoint + write_bw/2]
815          * for various filesystems, where (2) can yield in a reasonable 12.5%
816          * fluctuation range for pos_ratio.
817          *
818          * For JBOD case, bdi_thresh (not bdi_dirty!) could fluctuate up to its
819          * own size, so move the slope over accordingly and choose a slope that
820          * yields 100% pos_ratio fluctuation on suddenly doubled bdi_thresh.
821          */
822         if (unlikely(bdi_thresh > thresh))
823                 bdi_thresh = thresh;
824         /*
825          * It's very possible that bdi_thresh is close to 0 not because the
826          * device is slow, but that it has remained inactive for long time.
827          * Honour such devices a reasonable good (hopefully IO efficient)
828          * threshold, so that the occasional writes won't be blocked and active
829          * writes can rampup the threshold quickly.
830          */
831         bdi_thresh = max(bdi_thresh, (limit - dirty) / 8);
832         /*
833          * scale global setpoint to bdi's:
834          *      bdi_setpoint = setpoint * bdi_thresh / thresh
835          */
836         x = div_u64((u64)bdi_thresh << 16, thresh + 1);
837         bdi_setpoint = setpoint * (u64)x >> 16;
838         /*
839          * Use span=(8*write_bw) in single bdi case as indicated by
840          * (thresh - bdi_thresh ~= 0) and transit to bdi_thresh in JBOD case.
841          *
842          *        bdi_thresh                    thresh - bdi_thresh
843          * span = ---------- * (8 * write_bw) + ------------------- * bdi_thresh
844          *          thresh                            thresh
845          */
846         span = (thresh - bdi_thresh + 8 * write_bw) * (u64)x >> 16;
847         x_intercept = bdi_setpoint + span;
848
849         if (bdi_dirty < x_intercept - span / 4) {
850                 pos_ratio = div_u64(pos_ratio * (x_intercept - bdi_dirty),
851                                     x_intercept - bdi_setpoint + 1);
852         } else
853                 pos_ratio /= 4;
854
855         /*
856          * bdi reserve area, safeguard against dirty pool underrun and disk idle
857          * It may push the desired control point of global dirty pages higher
858          * than setpoint.
859          */
860         x_intercept = bdi_thresh / 2;
861         if (bdi_dirty < x_intercept) {
862                 if (bdi_dirty > x_intercept / 8)
863                         pos_ratio = div_u64(pos_ratio * x_intercept, bdi_dirty);
864                 else
865                         pos_ratio *= 8;
866         }
867
868         return pos_ratio;
869 }
870
871 static void bdi_update_write_bandwidth(struct backing_dev_info *bdi,
872                                        unsigned long elapsed,
873                                        unsigned long written)
874 {
875         const unsigned long period = roundup_pow_of_two(3 * HZ);
876         unsigned long avg = bdi->avg_write_bandwidth;
877         unsigned long old = bdi->write_bandwidth;
878         u64 bw;
879
880         /*
881          * bw = written * HZ / elapsed
882          *
883          *                   bw * elapsed + write_bandwidth * (period - elapsed)
884          * write_bandwidth = ---------------------------------------------------
885          *                                          period
886          */
887         bw = written - bdi->written_stamp;
888         bw *= HZ;
889         if (unlikely(elapsed > period)) {
890                 do_div(bw, elapsed);
891                 avg = bw;
892                 goto out;
893         }
894         bw += (u64)bdi->write_bandwidth * (period - elapsed);
895         bw >>= ilog2(period);
896
897         /*
898          * one more level of smoothing, for filtering out sudden spikes
899          */
900         if (avg > old && old >= (unsigned long)bw)
901                 avg -= (avg - old) >> 3;
902
903         if (avg < old && old <= (unsigned long)bw)
904                 avg += (old - avg) >> 3;
905
906 out:
907         bdi->write_bandwidth = bw;
908         bdi->avg_write_bandwidth = avg;
909 }
910
911 /*
912  * The global dirtyable memory and dirty threshold could be suddenly knocked
913  * down by a large amount (eg. on the startup of KVM in a swapless system).
914  * This may throw the system into deep dirty exceeded state and throttle
915  * heavy/light dirtiers alike. To retain good responsiveness, maintain
916  * global_dirty_limit for tracking slowly down to the knocked down dirty
917  * threshold.
918  */
919 static void update_dirty_limit(unsigned long thresh, unsigned long dirty)
920 {
921         unsigned long limit = global_dirty_limit;
922
923         /*
924          * Follow up in one step.
925          */
926         if (limit < thresh) {
927                 limit = thresh;
928                 goto update;
929         }
930
931         /*
932          * Follow down slowly. Use the higher one as the target, because thresh
933          * may drop below dirty. This is exactly the reason to introduce
934          * global_dirty_limit which is guaranteed to lie above the dirty pages.
935          */
936         thresh = max(thresh, dirty);
937         if (limit > thresh) {
938                 limit -= (limit - thresh) >> 5;
939                 goto update;
940         }
941         return;
942 update:
943         global_dirty_limit = limit;
944 }
945
946 static void global_update_bandwidth(unsigned long thresh,
947                                     unsigned long dirty,
948                                     unsigned long now)
949 {
950         static DEFINE_SPINLOCK(dirty_lock);
951         static unsigned long update_time;
952
953         /*
954          * check locklessly first to optimize away locking for the most time
955          */
956         if (time_before(now, update_time + BANDWIDTH_INTERVAL))
957                 return;
958
959         spin_lock(&dirty_lock);
960         if (time_after_eq(now, update_time + BANDWIDTH_INTERVAL)) {
961                 update_dirty_limit(thresh, dirty);
962                 update_time = now;
963         }
964         spin_unlock(&dirty_lock);
965 }
966
967 /*
968  * Maintain bdi->dirty_ratelimit, the base dirty throttle rate.
969  *
970  * Normal bdi tasks will be curbed at or below it in long term.
971  * Obviously it should be around (write_bw / N) when there are N dd tasks.
972  */
973 static void bdi_update_dirty_ratelimit(struct backing_dev_info *bdi,
974                                        unsigned long thresh,
975                                        unsigned long bg_thresh,
976                                        unsigned long dirty,
977                                        unsigned long bdi_thresh,
978                                        unsigned long bdi_dirty,
979                                        unsigned long dirtied,
980                                        unsigned long elapsed)
981 {
982         unsigned long freerun = dirty_freerun_ceiling(thresh, bg_thresh);
983         unsigned long limit = hard_dirty_limit(thresh);
984         unsigned long setpoint = (freerun + limit) / 2;
985         unsigned long write_bw = bdi->avg_write_bandwidth;
986         unsigned long dirty_ratelimit = bdi->dirty_ratelimit;
987         unsigned long dirty_rate;
988         unsigned long task_ratelimit;
989         unsigned long balanced_dirty_ratelimit;
990         unsigned long pos_ratio;
991         unsigned long step;
992         unsigned long x;
993
994         /*
995          * The dirty rate will match the writeout rate in long term, except
996          * when dirty pages are truncated by userspace or re-dirtied by FS.
997          */
998         dirty_rate = (dirtied - bdi->dirtied_stamp) * HZ / elapsed;
999
1000         pos_ratio = bdi_position_ratio(bdi, thresh, bg_thresh, dirty,
1001                                        bdi_thresh, bdi_dirty);
1002         /*
1003          * task_ratelimit reflects each dd's dirty rate for the past 200ms.
1004          */
1005         task_ratelimit = (u64)dirty_ratelimit *
1006                                         pos_ratio >> RATELIMIT_CALC_SHIFT;
1007         task_ratelimit++; /* it helps rampup dirty_ratelimit from tiny values */
1008
1009         /*
1010          * A linear estimation of the "balanced" throttle rate. The theory is,
1011          * if there are N dd tasks, each throttled at task_ratelimit, the bdi's
1012          * dirty_rate will be measured to be (N * task_ratelimit). So the below
1013          * formula will yield the balanced rate limit (write_bw / N).
1014          *
1015          * Note that the expanded form is not a pure rate feedback:
1016          *      rate_(i+1) = rate_(i) * (write_bw / dirty_rate)              (1)
1017          * but also takes pos_ratio into account:
1018          *      rate_(i+1) = rate_(i) * (write_bw / dirty_rate) * pos_ratio  (2)
1019          *
1020          * (1) is not realistic because pos_ratio also takes part in balancing
1021          * the dirty rate.  Consider the state
1022          *      pos_ratio = 0.5                                              (3)
1023          *      rate = 2 * (write_bw / N)                                    (4)
1024          * If (1) is used, it will stuck in that state! Because each dd will
1025          * be throttled at
1026          *      task_ratelimit = pos_ratio * rate = (write_bw / N)           (5)
1027          * yielding
1028          *      dirty_rate = N * task_ratelimit = write_bw                   (6)
1029          * put (6) into (1) we get
1030          *      rate_(i+1) = rate_(i)                                        (7)
1031          *
1032          * So we end up using (2) to always keep
1033          *      rate_(i+1) ~= (write_bw / N)                                 (8)
1034          * regardless of the value of pos_ratio. As long as (8) is satisfied,
1035          * pos_ratio is able to drive itself to 1.0, which is not only where
1036          * the dirty count meet the setpoint, but also where the slope of
1037          * pos_ratio is most flat and hence task_ratelimit is least fluctuated.
1038          */
1039         balanced_dirty_ratelimit = div_u64((u64)task_ratelimit * write_bw,
1040                                            dirty_rate | 1);
1041         /*
1042          * balanced_dirty_ratelimit ~= (write_bw / N) <= write_bw
1043          */
1044         if (unlikely(balanced_dirty_ratelimit > write_bw))
1045                 balanced_dirty_ratelimit = write_bw;
1046
1047         /*
1048          * We could safely do this and return immediately:
1049          *
1050          *      bdi->dirty_ratelimit = balanced_dirty_ratelimit;
1051          *
1052          * However to get a more stable dirty_ratelimit, the below elaborated
1053          * code makes use of task_ratelimit to filter out singular points and
1054          * limit the step size.
1055          *
1056          * The below code essentially only uses the relative value of
1057          *
1058          *      task_ratelimit - dirty_ratelimit
1059          *      = (pos_ratio - 1) * dirty_ratelimit
1060          *
1061          * which reflects the direction and size of dirty position error.
1062          */
1063
1064         /*
1065          * dirty_ratelimit will follow balanced_dirty_ratelimit iff
1066          * task_ratelimit is on the same side of dirty_ratelimit, too.
1067          * For example, when
1068          * - dirty_ratelimit > balanced_dirty_ratelimit
1069          * - dirty_ratelimit > task_ratelimit (dirty pages are above setpoint)
1070          * lowering dirty_ratelimit will help meet both the position and rate
1071          * control targets. Otherwise, don't update dirty_ratelimit if it will
1072          * only help meet the rate target. After all, what the users ultimately
1073          * feel and care are stable dirty rate and small position error.
1074          *
1075          * |task_ratelimit - dirty_ratelimit| is used to limit the step size
1076          * and filter out the singular points of balanced_dirty_ratelimit. Which
1077          * keeps jumping around randomly and can even leap far away at times
1078          * due to the small 200ms estimation period of dirty_rate (we want to
1079          * keep that period small to reduce time lags).
1080          */
1081         step = 0;
1082
1083         /*
1084          * For strictlimit case, calculations above were based on bdi counters
1085          * and limits (starting from pos_ratio = bdi_position_ratio() and up to
1086          * balanced_dirty_ratelimit = task_ratelimit * write_bw / dirty_rate).
1087          * Hence, to calculate "step" properly, we have to use bdi_dirty as
1088          * "dirty" and bdi_setpoint as "setpoint".
1089          *
1090          * We rampup dirty_ratelimit forcibly if bdi_dirty is low because
1091          * it's possible that bdi_thresh is close to zero due to inactivity
1092          * of backing device (see the implementation of bdi_dirty_limit()).
1093          */
1094         if (unlikely(bdi->capabilities & BDI_CAP_STRICTLIMIT)) {
1095                 dirty = bdi_dirty;
1096                 if (bdi_dirty < 8)
1097                         setpoint = bdi_dirty + 1;
1098                 else
1099                         setpoint = (bdi_thresh +
1100                                     bdi_dirty_limit(bdi, bg_thresh)) / 2;
1101         }
1102
1103         if (dirty < setpoint) {
1104                 x = min(bdi->balanced_dirty_ratelimit,
1105                          min(balanced_dirty_ratelimit, task_ratelimit));
1106                 if (dirty_ratelimit < x)
1107                         step = x - dirty_ratelimit;
1108         } else {
1109                 x = max(bdi->balanced_dirty_ratelimit,
1110                          max(balanced_dirty_ratelimit, task_ratelimit));
1111                 if (dirty_ratelimit > x)
1112                         step = dirty_ratelimit - x;
1113         }
1114
1115         /*
1116          * Don't pursue 100% rate matching. It's impossible since the balanced
1117          * rate itself is constantly fluctuating. So decrease the track speed
1118          * when it gets close to the target. Helps eliminate pointless tremors.
1119          */
1120         step >>= dirty_ratelimit / (2 * step + 1);
1121         /*
1122          * Limit the tracking speed to avoid overshooting.
1123          */
1124         step = (step + 7) / 8;
1125
1126         if (dirty_ratelimit < balanced_dirty_ratelimit)
1127                 dirty_ratelimit += step;
1128         else
1129                 dirty_ratelimit -= step;
1130
1131         bdi->dirty_ratelimit = max(dirty_ratelimit, 1UL);
1132         bdi->balanced_dirty_ratelimit = balanced_dirty_ratelimit;
1133
1134         trace_bdi_dirty_ratelimit(bdi, dirty_rate, task_ratelimit);
1135 }
1136
1137 void __bdi_update_bandwidth(struct backing_dev_info *bdi,
1138                             unsigned long thresh,
1139                             unsigned long bg_thresh,
1140                             unsigned long dirty,
1141                             unsigned long bdi_thresh,
1142                             unsigned long bdi_dirty,
1143                             unsigned long start_time)
1144 {
1145         unsigned long now = jiffies;
1146         unsigned long elapsed = now - bdi->bw_time_stamp;
1147         unsigned long dirtied;
1148         unsigned long written;
1149
1150         /*
1151          * rate-limit, only update once every 200ms.
1152          */
1153         if (elapsed < BANDWIDTH_INTERVAL)
1154                 return;
1155
1156         dirtied = percpu_counter_read(&bdi->bdi_stat[BDI_DIRTIED]);
1157         written = percpu_counter_read(&bdi->bdi_stat[BDI_WRITTEN]);
1158
1159         /*
1160          * Skip quiet periods when disk bandwidth is under-utilized.
1161          * (at least 1s idle time between two flusher runs)
1162          */
1163         if (elapsed > HZ && time_before(bdi->bw_time_stamp, start_time))
1164                 goto snapshot;
1165
1166         if (thresh) {
1167                 global_update_bandwidth(thresh, dirty, now);
1168                 bdi_update_dirty_ratelimit(bdi, thresh, bg_thresh, dirty,
1169                                            bdi_thresh, bdi_dirty,
1170                                            dirtied, elapsed);
1171         }
1172         bdi_update_write_bandwidth(bdi, elapsed, written);
1173
1174 snapshot:
1175         bdi->dirtied_stamp = dirtied;
1176         bdi->written_stamp = written;
1177         bdi->bw_time_stamp = now;
1178 }
1179
1180 static void bdi_update_bandwidth(struct backing_dev_info *bdi,
1181                                  unsigned long thresh,
1182                                  unsigned long bg_thresh,
1183                                  unsigned long dirty,
1184                                  unsigned long bdi_thresh,
1185                                  unsigned long bdi_dirty,
1186                                  unsigned long start_time)
1187 {
1188         if (time_is_after_eq_jiffies(bdi->bw_time_stamp + BANDWIDTH_INTERVAL))
1189                 return;
1190         spin_lock(&bdi->wb.list_lock);
1191         __bdi_update_bandwidth(bdi, thresh, bg_thresh, dirty,
1192                                bdi_thresh, bdi_dirty, start_time);
1193         spin_unlock(&bdi->wb.list_lock);
1194 }
1195
1196 /*
1197  * After a task dirtied this many pages, balance_dirty_pages_ratelimited()
1198  * will look to see if it needs to start dirty throttling.
1199  *
1200  * If dirty_poll_interval is too low, big NUMA machines will call the expensive
1201  * global_page_state() too often. So scale it near-sqrt to the safety margin
1202  * (the number of pages we may dirty without exceeding the dirty limits).
1203  */
1204 static unsigned long dirty_poll_interval(unsigned long dirty,
1205                                          unsigned long thresh)
1206 {
1207         if (thresh > dirty)
1208                 return 1UL << (ilog2(thresh - dirty) >> 1);
1209
1210         return 1;
1211 }
1212
1213 static unsigned long bdi_max_pause(struct backing_dev_info *bdi,
1214                                    unsigned long bdi_dirty)
1215 {
1216         unsigned long bw = bdi->avg_write_bandwidth;
1217         unsigned long t;
1218
1219         /*
1220          * Limit pause time for small memory systems. If sleeping for too long
1221          * time, a small pool of dirty/writeback pages may go empty and disk go
1222          * idle.
1223          *
1224          * 8 serves as the safety ratio.
1225          */
1226         t = bdi_dirty / (1 + bw / roundup_pow_of_two(1 + HZ / 8));
1227         t++;
1228
1229         return min_t(unsigned long, t, MAX_PAUSE);
1230 }
1231
1232 static long bdi_min_pause(struct backing_dev_info *bdi,
1233                           long max_pause,
1234                           unsigned long task_ratelimit,
1235                           unsigned long dirty_ratelimit,
1236                           int *nr_dirtied_pause)
1237 {
1238         long hi = ilog2(bdi->avg_write_bandwidth);
1239         long lo = ilog2(bdi->dirty_ratelimit);
1240         long t;         /* target pause */
1241         long pause;     /* estimated next pause */
1242         int pages;      /* target nr_dirtied_pause */
1243
1244         /* target for 10ms pause on 1-dd case */
1245         t = max(1, HZ / 100);
1246
1247         /*
1248          * Scale up pause time for concurrent dirtiers in order to reduce CPU
1249          * overheads.
1250          *
1251          * (N * 10ms) on 2^N concurrent tasks.
1252          */
1253         if (hi > lo)
1254                 t += (hi - lo) * (10 * HZ) / 1024;
1255
1256         /*
1257          * This is a bit convoluted. We try to base the next nr_dirtied_pause
1258          * on the much more stable dirty_ratelimit. However the next pause time
1259          * will be computed based on task_ratelimit and the two rate limits may
1260          * depart considerably at some time. Especially if task_ratelimit goes
1261          * below dirty_ratelimit/2 and the target pause is max_pause, the next
1262          * pause time will be max_pause*2 _trimmed down_ to max_pause.  As a
1263          * result task_ratelimit won't be executed faithfully, which could
1264          * eventually bring down dirty_ratelimit.
1265          *
1266          * We apply two rules to fix it up:
1267          * 1) try to estimate the next pause time and if necessary, use a lower
1268          *    nr_dirtied_pause so as not to exceed max_pause. When this happens,
1269          *    nr_dirtied_pause will be "dancing" with task_ratelimit.
1270          * 2) limit the target pause time to max_pause/2, so that the normal
1271          *    small fluctuations of task_ratelimit won't trigger rule (1) and
1272          *    nr_dirtied_pause will remain as stable as dirty_ratelimit.
1273          */
1274         t = min(t, 1 + max_pause / 2);
1275         pages = dirty_ratelimit * t / roundup_pow_of_two(HZ);
1276
1277         /*
1278          * Tiny nr_dirtied_pause is found to hurt I/O performance in the test
1279          * case fio-mmap-randwrite-64k, which does 16*{sync read, async write}.
1280          * When the 16 consecutive reads are often interrupted by some dirty
1281          * throttling pause during the async writes, cfq will go into idles
1282          * (deadline is fine). So push nr_dirtied_pause as high as possible
1283          * until reaches DIRTY_POLL_THRESH=32 pages.
1284          */
1285         if (pages < DIRTY_POLL_THRESH) {
1286                 t = max_pause;
1287                 pages = dirty_ratelimit * t / roundup_pow_of_two(HZ);
1288                 if (pages > DIRTY_POLL_THRESH) {
1289                         pages = DIRTY_POLL_THRESH;
1290                         t = HZ * DIRTY_POLL_THRESH / dirty_ratelimit;
1291                 }
1292         }
1293
1294         pause = HZ * pages / (task_ratelimit + 1);
1295         if (pause > max_pause) {
1296                 t = max_pause;
1297                 pages = task_ratelimit * t / roundup_pow_of_two(HZ);
1298         }
1299
1300         *nr_dirtied_pause = pages;
1301         /*
1302          * The minimal pause time will normally be half the target pause time.
1303          */
1304         return pages >= DIRTY_POLL_THRESH ? 1 + t / 2 : t;
1305 }
1306
1307 static inline void bdi_dirty_limits(struct backing_dev_info *bdi,
1308                                     unsigned long dirty_thresh,
1309                                     unsigned long background_thresh,
1310                                     unsigned long *bdi_dirty,
1311                                     unsigned long *bdi_thresh,
1312                                     unsigned long *bdi_bg_thresh)
1313 {
1314         unsigned long bdi_reclaimable;
1315
1316         /*
1317          * bdi_thresh is not treated as some limiting factor as
1318          * dirty_thresh, due to reasons
1319          * - in JBOD setup, bdi_thresh can fluctuate a lot
1320          * - in a system with HDD and USB key, the USB key may somehow
1321          *   go into state (bdi_dirty >> bdi_thresh) either because
1322          *   bdi_dirty starts high, or because bdi_thresh drops low.
1323          *   In this case we don't want to hard throttle the USB key
1324          *   dirtiers for 100 seconds until bdi_dirty drops under
1325          *   bdi_thresh. Instead the auxiliary bdi control line in
1326          *   bdi_position_ratio() will let the dirtier task progress
1327          *   at some rate <= (write_bw / 2) for bringing down bdi_dirty.
1328          */
1329         *bdi_thresh = bdi_dirty_limit(bdi, dirty_thresh);
1330
1331         if (bdi_bg_thresh)
1332                 *bdi_bg_thresh = div_u64((u64)*bdi_thresh *
1333                                          background_thresh,
1334                                          dirty_thresh);
1335
1336         /*
1337          * In order to avoid the stacked BDI deadlock we need
1338          * to ensure we accurately count the 'dirty' pages when
1339          * the threshold is low.
1340          *
1341          * Otherwise it would be possible to get thresh+n pages
1342          * reported dirty, even though there are thresh-m pages
1343          * actually dirty; with m+n sitting in the percpu
1344          * deltas.
1345          */
1346         if (*bdi_thresh < 2 * bdi_stat_error(bdi)) {
1347                 bdi_reclaimable = bdi_stat_sum(bdi, BDI_RECLAIMABLE);
1348                 *bdi_dirty = bdi_reclaimable +
1349                         bdi_stat_sum(bdi, BDI_WRITEBACK);
1350         } else {
1351                 bdi_reclaimable = bdi_stat(bdi, BDI_RECLAIMABLE);
1352                 *bdi_dirty = bdi_reclaimable +
1353                         bdi_stat(bdi, BDI_WRITEBACK);
1354         }
1355 }
1356
1357 /*
1358  * balance_dirty_pages() must be called by processes which are generating dirty
1359  * data.  It looks at the number of dirty pages in the machine and will force
1360  * the caller to wait once crossing the (background_thresh + dirty_thresh) / 2.
1361  * If we're over `background_thresh' then the writeback threads are woken to
1362  * perform some writeout.
1363  */
1364 static void balance_dirty_pages(struct address_space *mapping,
1365                                 unsigned long pages_dirtied)
1366 {
1367         unsigned long nr_reclaimable;   /* = file_dirty + unstable_nfs */
1368         unsigned long nr_dirty;  /* = file_dirty + writeback + unstable_nfs */
1369         unsigned long background_thresh;
1370         unsigned long dirty_thresh;
1371         long period;
1372         long pause;
1373         long max_pause;
1374         long min_pause;
1375         int nr_dirtied_pause;
1376         bool dirty_exceeded = false;
1377         unsigned long task_ratelimit;
1378         unsigned long dirty_ratelimit;
1379         unsigned long pos_ratio;
1380         struct backing_dev_info *bdi = mapping->backing_dev_info;
1381         bool strictlimit = bdi->capabilities & BDI_CAP_STRICTLIMIT;
1382         unsigned long start_time = jiffies;
1383
1384         for (;;) {
1385                 unsigned long now = jiffies;
1386                 unsigned long uninitialized_var(bdi_thresh);
1387                 unsigned long thresh;
1388                 unsigned long uninitialized_var(bdi_dirty);
1389                 unsigned long dirty;
1390                 unsigned long bg_thresh;
1391
1392                 /*
1393                  * Unstable writes are a feature of certain networked
1394                  * filesystems (i.e. NFS) in which data may have been
1395                  * written to the server's write cache, but has not yet
1396                  * been flushed to permanent storage.
1397                  */
1398                 nr_reclaimable = global_page_state(NR_FILE_DIRTY) +
1399                                         global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS);
1400                 nr_dirty = nr_reclaimable + global_page_state(NR_WRITEBACK);
1401
1402                 global_dirty_limits(&background_thresh, &dirty_thresh);
1403
1404                 if (unlikely(strictlimit)) {
1405                         bdi_dirty_limits(bdi, dirty_thresh, background_thresh,
1406                                          &bdi_dirty, &bdi_thresh, &bg_thresh);
1407
1408                         dirty = bdi_dirty;
1409                         thresh = bdi_thresh;
1410                 } else {
1411                         dirty = nr_dirty;
1412                         thresh = dirty_thresh;
1413                         bg_thresh = background_thresh;
1414                 }
1415
1416                 /*
1417                  * Throttle it only when the background writeback cannot
1418                  * catch-up. This avoids (excessively) small writeouts
1419                  * when the bdi limits are ramping up in case of !strictlimit.
1420                  *
1421                  * In strictlimit case make decision based on the bdi counters
1422                  * and limits. Small writeouts when the bdi limits are ramping
1423                  * up are the price we consciously pay for strictlimit-ing.
1424                  */
1425                 if (dirty <= dirty_freerun_ceiling(thresh, bg_thresh)) {
1426                         current->dirty_paused_when = now;
1427                         current->nr_dirtied = 0;
1428                         current->nr_dirtied_pause =
1429                                 dirty_poll_interval(dirty, thresh);
1430                         break;
1431                 }
1432
1433                 if (unlikely(!writeback_in_progress(bdi)))
1434                         bdi_start_background_writeback(bdi);
1435
1436                 if (!strictlimit)
1437                         bdi_dirty_limits(bdi, dirty_thresh, background_thresh,
1438                                          &bdi_dirty, &bdi_thresh, NULL);
1439
1440                 dirty_exceeded = (bdi_dirty > bdi_thresh) &&
1441                                  ((nr_dirty > dirty_thresh) || strictlimit);
1442                 if (dirty_exceeded && !bdi->dirty_exceeded)
1443                         bdi->dirty_exceeded = 1;
1444
1445                 bdi_update_bandwidth(bdi, dirty_thresh, background_thresh,
1446                                      nr_dirty, bdi_thresh, bdi_dirty,
1447                                      start_time);
1448
1449                 dirty_ratelimit = bdi->dirty_ratelimit;
1450                 pos_ratio = bdi_position_ratio(bdi, dirty_thresh,
1451                                                background_thresh, nr_dirty,
1452                                                bdi_thresh, bdi_dirty);
1453                 task_ratelimit = ((u64)dirty_ratelimit * pos_ratio) >>
1454                                                         RATELIMIT_CALC_SHIFT;
1455                 max_pause = bdi_max_pause(bdi, bdi_dirty);
1456                 min_pause = bdi_min_pause(bdi, max_pause,
1457                                           task_ratelimit, dirty_ratelimit,
1458                                           &nr_dirtied_pause);
1459
1460                 if (unlikely(task_ratelimit == 0)) {
1461                         period = max_pause;
1462                         pause = max_pause;
1463                         goto pause;
1464                 }
1465                 period = HZ * pages_dirtied / task_ratelimit;
1466                 pause = period;
1467                 if (current->dirty_paused_when)
1468                         pause -= now - current->dirty_paused_when;
1469                 /*
1470                  * For less than 1s think time (ext3/4 may block the dirtier
1471                  * for up to 800ms from time to time on 1-HDD; so does xfs,
1472                  * however at much less frequency), try to compensate it in
1473                  * future periods by updating the virtual time; otherwise just
1474                  * do a reset, as it may be a light dirtier.
1475                  */
1476                 if (pause < min_pause) {
1477                         trace_balance_dirty_pages(bdi,
1478                                                   dirty_thresh,
1479                                                   background_thresh,
1480                                                   nr_dirty,
1481                                                   bdi_thresh,
1482                                                   bdi_dirty,
1483                                                   dirty_ratelimit,
1484                                                   task_ratelimit,
1485                                                   pages_dirtied,
1486                                                   period,
1487                                                   min(pause, 0L),
1488                                                   start_time);
1489                         if (pause < -HZ) {
1490                                 current->dirty_paused_when = now;
1491                                 current->nr_dirtied = 0;
1492                         } else if (period) {
1493                                 current->dirty_paused_when += period;
1494                                 current->nr_dirtied = 0;
1495                         } else if (current->nr_dirtied_pause <= pages_dirtied)
1496                                 current->nr_dirtied_pause += pages_dirtied;
1497                         break;
1498                 }
1499                 if (unlikely(pause > max_pause)) {
1500                         /* for occasional dropped task_ratelimit */
1501                         now += min(pause - max_pause, max_pause);
1502                         pause = max_pause;
1503                 }
1504
1505 pause:
1506                 trace_balance_dirty_pages(bdi,
1507                                           dirty_thresh,
1508                                           background_thresh,
1509                                           nr_dirty,
1510                                           bdi_thresh,
1511                                           bdi_dirty,
1512                                           dirty_ratelimit,
1513                                           task_ratelimit,
1514                                           pages_dirtied,
1515                                           period,
1516                                           pause,
1517                                           start_time);
1518                 __set_current_state(TASK_KILLABLE);
1519                 io_schedule_timeout(pause);
1520
1521                 current->dirty_paused_when = now + pause;
1522                 current->nr_dirtied = 0;
1523                 current->nr_dirtied_pause = nr_dirtied_pause;
1524
1525                 /*
1526                  * This is typically equal to (nr_dirty < dirty_thresh) and can
1527                  * also keep "1000+ dd on a slow USB stick" under control.
1528                  */
1529                 if (task_ratelimit)
1530                         break;
1531
1532                 /*
1533                  * In the case of an unresponding NFS server and the NFS dirty
1534                  * pages exceeds dirty_thresh, give the other good bdi's a pipe
1535                  * to go through, so that tasks on them still remain responsive.
1536                  *
1537                  * In theory 1 page is enough to keep the comsumer-producer
1538                  * pipe going: the flusher cleans 1 page => the task dirties 1
1539                  * more page. However bdi_dirty has accounting errors.  So use
1540                  * the larger and more IO friendly bdi_stat_error.
1541                  */
1542                 if (bdi_dirty <= bdi_stat_error(bdi))
1543                         break;
1544
1545                 if (fatal_signal_pending(current))
1546                         break;
1547         }
1548
1549         if (!dirty_exceeded && bdi->dirty_exceeded)
1550                 bdi->dirty_exceeded = 0;
1551
1552         if (writeback_in_progress(bdi))
1553                 return;
1554
1555         /*
1556          * In laptop mode, we wait until hitting the higher threshold before
1557          * starting background writeout, and then write out all the way down
1558          * to the lower threshold.  So slow writers cause minimal disk activity.
1559          *
1560          * In normal mode, we start background writeout at the lower
1561          * background_thresh, to keep the amount of dirty memory low.
1562          */
1563         if (laptop_mode)
1564                 return;
1565
1566         if (nr_reclaimable > background_thresh)
1567                 bdi_start_background_writeback(bdi);
1568 }
1569
1570 void set_page_dirty_balance(struct page *page, int page_mkwrite)
1571 {
1572         if (set_page_dirty(page) || page_mkwrite) {
1573                 struct address_space *mapping = page_mapping(page);
1574
1575                 if (mapping)
1576                         balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
1577         }
1578 }
1579
1580 static DEFINE_PER_CPU(int, bdp_ratelimits);
1581
1582 /*
1583  * Normal tasks are throttled by
1584  *      loop {
1585  *              dirty tsk->nr_dirtied_pause pages;
1586  *              take a snap in balance_dirty_pages();
1587  *      }
1588  * However there is a worst case. If every task exit immediately when dirtied
1589  * (tsk->nr_dirtied_pause - 1) pages, balance_dirty_pages() will never be
1590  * called to throttle the page dirties. The solution is to save the not yet
1591  * throttled page dirties in dirty_throttle_leaks on task exit and charge them
1592  * randomly into the running tasks. This works well for the above worst case,
1593  * as the new task will pick up and accumulate the old task's leaked dirty
1594  * count and eventually get throttled.
1595  */
1596 DEFINE_PER_CPU(int, dirty_throttle_leaks) = 0;
1597
1598 /**
1599  * balance_dirty_pages_ratelimited - balance dirty memory state
1600  * @mapping: address_space which was dirtied
1601  *
1602  * Processes which are dirtying memory should call in here once for each page
1603  * which was newly dirtied.  The function will periodically check the system's
1604  * dirty state and will initiate writeback if needed.
1605  *
1606  * On really big machines, get_writeback_state is expensive, so try to avoid
1607  * calling it too often (ratelimiting).  But once we're over the dirty memory
1608  * limit we decrease the ratelimiting by a lot, to prevent individual processes
1609  * from overshooting the limit by (ratelimit_pages) each.
1610  */
1611 void balance_dirty_pages_ratelimited(struct address_space *mapping)
1612 {
1613         struct backing_dev_info *bdi = mapping->backing_dev_info;
1614         int ratelimit;
1615         int *p;
1616
1617         if (!bdi_cap_account_dirty(bdi))
1618                 return;
1619
1620         ratelimit = current->nr_dirtied_pause;
1621         if (bdi->dirty_exceeded)
1622                 ratelimit = min(ratelimit, 32 >> (PAGE_SHIFT - 10));
1623
1624         preempt_disable();
1625         /*
1626          * This prevents one CPU to accumulate too many dirtied pages without
1627          * calling into balance_dirty_pages(), which can happen when there are
1628          * 1000+ tasks, all of them start dirtying pages at exactly the same
1629          * time, hence all honoured too large initial task->nr_dirtied_pause.
1630          */
1631         p =  &__get_cpu_var(bdp_ratelimits);
1632         if (unlikely(current->nr_dirtied >= ratelimit))
1633                 *p = 0;
1634         else if (unlikely(*p >= ratelimit_pages)) {
1635                 *p = 0;
1636                 ratelimit = 0;
1637         }
1638         /*
1639          * Pick up the dirtied pages by the exited tasks. This avoids lots of
1640          * short-lived tasks (eg. gcc invocations in a kernel build) escaping
1641          * the dirty throttling and livelock other long-run dirtiers.
1642          */
1643         p = &__get_cpu_var(dirty_throttle_leaks);
1644         if (*p > 0 && current->nr_dirtied < ratelimit) {
1645                 unsigned long nr_pages_dirtied;
1646                 nr_pages_dirtied = min(*p, ratelimit - current->nr_dirtied);
1647                 *p -= nr_pages_dirtied;
1648                 current->nr_dirtied += nr_pages_dirtied;
1649         }
1650         preempt_enable();
1651
1652         if (unlikely(current->nr_dirtied >= ratelimit))
1653                 balance_dirty_pages(mapping, current->nr_dirtied);
1654 }
1655 EXPORT_SYMBOL(balance_dirty_pages_ratelimited);
1656
1657 void throttle_vm_writeout(gfp_t gfp_mask)
1658 {
1659         unsigned long background_thresh;
1660         unsigned long dirty_thresh;
1661
1662         for ( ; ; ) {
1663                 global_dirty_limits(&background_thresh, &dirty_thresh);
1664                 dirty_thresh = hard_dirty_limit(dirty_thresh);
1665
1666                 /*
1667                  * Boost the allowable dirty threshold a bit for page
1668                  * allocators so they don't get DoS'ed by heavy writers
1669                  */
1670                 dirty_thresh += dirty_thresh / 10;      /* wheeee... */
1671
1672                 if (global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS) +
1673                         global_page_state(NR_WRITEBACK) <= dirty_thresh)
1674                                 break;
1675                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1676
1677                 /*
1678                  * The caller might hold locks which can prevent IO completion
1679                  * or progress in the filesystem.  So we cannot just sit here
1680                  * waiting for IO to complete.
1681                  */
1682                 if ((gfp_mask & (__GFP_FS|__GFP_IO)) != (__GFP_FS|__GFP_IO))
1683                         break;
1684         }
1685 }
1686
1687 /*
1688  * sysctl handler for /proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs
1689  */
1690 int dirty_writeback_centisecs_handler(ctl_table *table, int write,
1691         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1692 {
1693         proc_dointvec(table, write, buffer, length, ppos);
1694         return 0;
1695 }
1696
1697 #ifdef CONFIG_BLOCK
1698 void laptop_mode_timer_fn(unsigned long data)
1699 {
1700         struct request_queue *q = (struct request_queue *)data;
1701         int nr_pages = global_page_state(NR_FILE_DIRTY) +
1702                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS);
1703
1704         /*
1705          * We want to write everything out, not just down to the dirty
1706          * threshold
1707          */
1708         if (bdi_has_dirty_io(&q->backing_dev_info))
1709                 bdi_start_writeback(&q->backing_dev_info, nr_pages,
1710                                         WB_REASON_LAPTOP_TIMER);
1711 }
1712
1713 /*
1714  * We've spun up the disk and we're in laptop mode: schedule writeback
1715  * of all dirty data a few seconds from now.  If the flush is already scheduled
1716  * then push it back - the user is still using the disk.
1717  */
1718 void laptop_io_completion(struct backing_dev_info *info)
1719 {
1720         mod_timer(&info->laptop_mode_wb_timer, jiffies + laptop_mode);
1721 }
1722
1723 /*
1724  * We're in laptop mode and we've just synced. The sync's writes will have
1725  * caused another writeback to be scheduled by laptop_io_completion.
1726  * Nothing needs to be written back anymore, so we unschedule the writeback.
1727  */
1728 void laptop_sync_completion(void)
1729 {
1730         struct backing_dev_info *bdi;
1731
1732         rcu_read_lock();
1733
1734         list_for_each_entry_rcu(bdi, &bdi_list, bdi_list)
1735                 del_timer(&bdi->laptop_mode_wb_timer);
1736
1737         rcu_read_unlock();
1738 }
1739 #endif
1740
1741 /*
1742  * If ratelimit_pages is too high then we can get into dirty-data overload
1743  * if a large number of processes all perform writes at the same time.
1744  * If it is too low then SMP machines will call the (expensive)
1745  * get_writeback_state too often.
1746  *
1747  * Here we set ratelimit_pages to a level which ensures that when all CPUs are
1748  * dirtying in parallel, we cannot go more than 3% (1/32) over the dirty memory
1749  * thresholds.
1750  */
1751
1752 void writeback_set_ratelimit(void)
1753 {
1754         unsigned long background_thresh;
1755         unsigned long dirty_thresh;
1756         global_dirty_limits(&background_thresh, &dirty_thresh);
1757         global_dirty_limit = dirty_thresh;
1758         ratelimit_pages = dirty_thresh / (num_online_cpus() * 32);
1759         if (ratelimit_pages < 16)
1760                 ratelimit_pages = 16;
1761 }
1762
1763 static int
1764 ratelimit_handler(struct notifier_block *self, unsigned long action,
1765                   void *hcpu)
1766 {
1767
1768         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
1769         case CPU_ONLINE:
1770         case CPU_DEAD:
1771                 writeback_set_ratelimit();
1772                 return NOTIFY_OK;
1773         default:
1774                 return NOTIFY_DONE;
1775         }
1776 }
1777
1778 static struct notifier_block ratelimit_nb = {
1779         .notifier_call  = ratelimit_handler,
1780         .next           = NULL,
1781 };
1782
1783 /*
1784  * Called early on to tune the page writeback dirty limits.
1785  *
1786  * We used to scale dirty pages according to how total memory
1787  * related to pages that could be allocated for buffers (by
1788  * comparing nr_free_buffer_pages() to vm_total_pages.
1789  *
1790  * However, that was when we used "dirty_ratio" to scale with
1791  * all memory, and we don't do that any more. "dirty_ratio"
1792  * is now applied to total non-HIGHPAGE memory (by subtracting
1793  * totalhigh_pages from vm_total_pages), and as such we can't
1794  * get into the old insane situation any more where we had
1795  * large amounts of dirty pages compared to a small amount of
1796  * non-HIGHMEM memory.
1797  *
1798  * But we might still want to scale the dirty_ratio by how
1799  * much memory the box has..
1800  */
1801 void __init page_writeback_init(void)
1802 {
1803         writeback_set_ratelimit();
1804         register_cpu_notifier(&ratelimit_nb);
1805
1806         fprop_global_init(&writeout_completions);
1807 }
1808
1809 /**
1810  * tag_pages_for_writeback - tag pages to be written by write_cache_pages
1811  * @mapping: address space structure to write
1812  * @start: starting page index
1813  * @end: ending page index (inclusive)
1814  *
1815  * This function scans the page range from @start to @end (inclusive) and tags
1816  * all pages that have DIRTY tag set with a special TOWRITE tag. The idea is
1817  * that write_cache_pages (or whoever calls this function) will then use
1818  * TOWRITE tag to identify pages eligible for writeback.  This mechanism is
1819  * used to avoid livelocking of writeback by a process steadily creating new
1820  * dirty pages in the file (thus it is important for this function to be quick
1821  * so that it can tag pages faster than a dirtying process can create them).
1822  */
1823 /*
1824  * We tag pages in batches of WRITEBACK_TAG_BATCH to reduce tree_lock latency.
1825  */
1826 void tag_pages_for_writeback(struct address_space *mapping,
1827                              pgoff_t start, pgoff_t end)
1828 {
1829 #define WRITEBACK_TAG_BATCH 4096
1830         unsigned long tagged;
1831
1832         do {
1833                 spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
1834                 tagged = radix_tree_range_tag_if_tagged(&mapping->page_tree,
1835                                 &start, end, WRITEBACK_TAG_BATCH,
1836                                 PAGECACHE_TAG_DIRTY, PAGECACHE_TAG_TOWRITE);
1837                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
1838                 WARN_ON_ONCE(tagged > WRITEBACK_TAG_BATCH);
1839                 cond_resched();
1840                 /* We check 'start' to handle wrapping when end == ~0UL */
1841         } while (tagged >= WRITEBACK_TAG_BATCH && start);
1842 }
1843 EXPORT_SYMBOL(tag_pages_for_writeback);
1844
1845 /**
1846  * write_cache_pages - walk the list of dirty pages of the given address space and write all of them.
1847  * @mapping: address space structure to write
1848  * @wbc: subtract the number of written pages from *@wbc->nr_to_write
1849  * @writepage: function called for each page
1850  * @data: data passed to writepage function
1851  *
1852  * If a page is already under I/O, write_cache_pages() skips it, even
1853  * if it's dirty.  This is desirable behaviour for memory-cleaning writeback,
1854  * but it is INCORRECT for data-integrity system calls such as fsync().  fsync()
1855  * and msync() need to guarantee that all the data which was dirty at the time
1856  * the call was made get new I/O started against them.  If wbc->sync_mode is
1857  * WB_SYNC_ALL then we were called for data integrity and we must wait for
1858  * existing IO to complete.
1859  *
1860  * To avoid livelocks (when other process dirties new pages), we first tag
1861  * pages which should be written back with TOWRITE tag and only then start
1862  * writing them. For data-integrity sync we have to be careful so that we do
1863  * not miss some pages (e.g., because some other process has cleared TOWRITE
1864  * tag we set). The rule we follow is that TOWRITE tag can be cleared only
1865  * by the process clearing the DIRTY tag (and submitting the page for IO).
1866  */
1867 int write_cache_pages(struct address_space *mapping,
1868                       struct writeback_control *wbc, writepage_t writepage,
1869                       void *data)
1870 {
1871         int ret = 0;
1872         int done = 0;
1873         struct pagevec pvec;
1874         int nr_pages;
1875         pgoff_t uninitialized_var(writeback_index);
1876         pgoff_t index;
1877         pgoff_t end;            /* Inclusive */
1878         pgoff_t done_index;
1879         int cycled;
1880         int range_whole = 0;
1881         int tag;
1882
1883         pagevec_init(&pvec, 0);
1884         if (wbc->range_cyclic) {
1885                 writeback_index = mapping->writeback_index; /* prev offset */
1886                 index = writeback_index;
1887                 if (index == 0)
1888                         cycled = 1;
1889                 else
1890                         cycled = 0;
1891                 end = -1;
1892         } else {
1893                 index = wbc->range_start >> PAGE_CACHE_SHIFT;
1894                 end = wbc->range_end >> PAGE_CACHE_SHIFT;
1895                 if (wbc->range_start == 0 && wbc->range_end == LLONG_MAX)
1896                         range_whole = 1;
1897                 cycled = 1; /* ignore range_cyclic tests */
1898         }
1899         if (wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL || wbc->tagged_writepages)
1900                 tag = PAGECACHE_TAG_TOWRITE;
1901         else
1902                 tag = PAGECACHE_TAG_DIRTY;
1903 retry:
1904         if (wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL || wbc->tagged_writepages)
1905                 tag_pages_for_writeback(mapping, index, end);
1906         done_index = index;
1907         while (!done && (index <= end)) {
1908                 int i;
1909
1910                 nr_pages = pagevec_lookup_tag(&pvec, mapping, &index, tag,
1911                               min(end - index, (pgoff_t)PAGEVEC_SIZE-1) + 1);
1912                 if (nr_pages == 0)
1913                         break;
1914
1915                 for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1916                         struct page *page = pvec.pages[i];
1917
1918                         /*
1919                          * At this point, the page may be truncated or
1920                          * invalidated (changing page->mapping to NULL), or
1921                          * even swizzled back from swapper_space to tmpfs file
1922                          * mapping. However, page->index will not change
1923                          * because we have a reference on the page.
1924                          */
1925                         if (page->index > end) {
1926                                 /*
1927                                  * can't be range_cyclic (1st pass) because
1928                                  * end == -1 in that case.
1929                                  */
1930                                 done = 1;
1931                                 break;
1932                         }
1933
1934                         done_index = page->index;
1935
1936                         lock_page(page);
1937
1938                         /*
1939                          * Page truncated or invalidated. We can freely skip it
1940                          * then, even for data integrity operations: the page
1941                          * has disappeared concurrently, so there could be no
1942                          * real expectation of this data interity operation
1943                          * even if there is now a new, dirty page at the same
1944                          * pagecache address.
1945                          */
1946                         if (unlikely(page->mapping != mapping)) {
1947 continue_unlock:
1948                                 unlock_page(page);
1949                                 continue;
1950                         }
1951
1952                         if (!PageDirty(page)) {
1953                                 /* someone wrote it for us */
1954                                 goto continue_unlock;
1955                         }
1956
1957                         if (PageWriteback(page)) {
1958                                 if (wbc->sync_mode != WB_SYNC_NONE)
1959                                         wait_on_page_writeback(page);
1960                                 else
1961                                         goto continue_unlock;
1962                         }
1963
1964                         BUG_ON(PageWriteback(page));
1965                         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
1966                                 goto continue_unlock;
1967
1968                         trace_wbc_writepage(wbc, mapping->backing_dev_info);
1969                         ret = (*writepage)(page, wbc, data);
1970                         if (unlikely(ret)) {
1971                                 if (ret == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1972                                         unlock_page(page);
1973                                         ret = 0;
1974                                 } else {
1975                                         /*
1976                                          * done_index is set past this page,
1977                                          * so media errors will not choke
1978                                          * background writeout for the entire
1979                                          * file. This has consequences for
1980                                          * range_cyclic semantics (ie. it may
1981                                          * not be suitable for data integrity
1982                                          * writeout).
1983                                          */
1984                                         done_index = page->index + 1;
1985                                         done = 1;
1986                                         break;
1987                                 }
1988                         }
1989
1990                         /*
1991                          * We stop writing back only if we are not doing
1992                          * integrity sync. In case of integrity sync we have to
1993                          * keep going until we have written all the pages
1994                          * we tagged for writeback prior to entering this loop.
1995                          */
1996                         if (--wbc->nr_to_write <= 0 &&
1997                             wbc->sync_mode == WB_SYNC_NONE) {
1998                                 done = 1;
1999                                 break;
2000                         }
2001                 }
2002                 pagevec_release(&pvec);
2003                 cond_resched();
2004         }
2005         if (!cycled && !done) {
2006                 /*
2007                  * range_cyclic:
2008                  * We hit the last page and there is more work to be done: wrap
2009                  * back to the start of the file
2010                  */
2011                 cycled = 1;
2012                 index = 0;
2013                 end = writeback_index - 1;
2014                 goto retry;
2015         }
2016         if (wbc->range_cyclic || (range_whole && wbc->nr_to_write > 0))
2017                 mapping->writeback_index = done_index;
2018
2019         return ret;
2020 }
2021 EXPORT_SYMBOL(write_cache_pages);
2022
2023 /*
2024  * Function used by generic_writepages to call the real writepage
2025  * function and set the mapping flags on error
2026  */
2027 static int __writepage(struct page *page, struct writeback_control *wbc,
2028                        void *data)
2029 {
2030         struct address_space *mapping = data;
2031         int ret = mapping->a_ops->writepage(page, wbc);
2032         mapping_set_error(mapping, ret);
2033         return ret;
2034 }
2035
2036 /**
2037  * generic_writepages - walk the list of dirty pages of the given address space and writepage() all of them.
2038  * @mapping: address space structure to write
2039  * @wbc: subtract the number of written pages from *@wbc->nr_to_write
2040  *
2041  * This is a library function, which implements the writepages()
2042  * address_space_operation.
2043  */
2044 int generic_writepages(struct address_space *mapping,
2045                        struct writeback_control *wbc)
2046 {
2047         struct blk_plug plug;
2048         int ret;
2049
2050         /* deal with chardevs and other special file */
2051         if (!mapping->a_ops->writepage)
2052                 return 0;
2053
2054         blk_start_plug(&plug);
2055         ret = write_cache_pages(mapping, wbc, __writepage, mapping);
2056         blk_finish_plug(&plug);
2057         return ret;
2058 }
2059
2060 EXPORT_SYMBOL(generic_writepages);
2061
2062 int do_writepages(struct address_space *mapping, struct writeback_control *wbc)
2063 {
2064         int ret;
2065
2066         if (wbc->nr_to_write <= 0)
2067                 return 0;
2068         if (mapping->a_ops->writepages)
2069                 ret = mapping->a_ops->writepages(mapping, wbc);
2070         else
2071                 ret = generic_writepages(mapping, wbc);
2072         return ret;
2073 }
2074
2075 /**
2076  * write_one_page - write out a single page and optionally wait on I/O
2077  * @page: the page to write
2078  * @wait: if true, wait on writeout
2079  *
2080  * The page must be locked by the caller and will be unlocked upon return.
2081  *
2082  * write_one_page() returns a negative error code if I/O failed.
2083  */
2084 int write_one_page(struct page *page, int wait)
2085 {
2086         struct address_space *mapping = page->mapping;
2087         int ret = 0;
2088         struct writeback_control wbc = {
2089                 .sync_mode = WB_SYNC_ALL,
2090                 .nr_to_write = 1,
2091         };
2092
2093         BUG_ON(!PageLocked(page));
2094
2095         if (wait)
2096                 wait_on_page_writeback(page);
2097
2098         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
2099                 page_cache_get(page);
2100                 ret = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
2101                 if (ret == 0 && wait) {
2102                         wait_on_page_writeback(page);
2103                         if (PageError(page))
2104                                 ret = -EIO;
2105                 }
2106                 page_cache_release(page);
2107         } else {
2108                 unlock_page(page);
2109         }
2110         return ret;
2111 }
2112 EXPORT_SYMBOL(write_one_page);
2113
2114 /*
2115  * For address_spaces which do not use buffers nor write back.
2116  */
2117 int __set_page_dirty_no_writeback(struct page *page)
2118 {
2119         if (!PageDirty(page))
2120                 return !TestSetPageDirty(page);
2121         return 0;
2122 }
2123
2124 /*
2125  * Helper function for set_page_dirty family.
2126  * NOTE: This relies on being atomic wrt interrupts.
2127  */
2128 void account_page_dirtied(struct page *page, struct address_space *mapping)
2129 {
2130         trace_writeback_dirty_page(page, mapping);
2131
2132         if (mapping_cap_account_dirty(mapping)) {
2133                 __inc_zone_page_state(page, NR_FILE_DIRTY);
2134                 __inc_zone_page_state(page, NR_DIRTIED);
2135                 __inc_bdi_stat(mapping->backing_dev_info, BDI_RECLAIMABLE);
2136                 __inc_bdi_stat(mapping->backing_dev_info, BDI_DIRTIED);
2137                 task_io_account_write(PAGE_CACHE_SIZE);
2138                 current->nr_dirtied++;
2139                 this_cpu_inc(bdp_ratelimits);
2140         }
2141 }
2142 EXPORT_SYMBOL(account_page_dirtied);
2143
2144 /*
2145  * Helper function for set_page_writeback family.
2146  *
2147  * The caller must hold mem_cgroup_begin/end_update_page_stat() lock
2148  * while calling this function.
2149  * See test_set_page_writeback for example.
2150  *
2151  * NOTE: Unlike account_page_dirtied this does not rely on being atomic
2152  * wrt interrupts.
2153  */
2154 void account_page_writeback(struct page *page)
2155 {
2156         mem_cgroup_inc_page_stat(page, MEM_CGROUP_STAT_WRITEBACK);
2157         inc_zone_page_state(page, NR_WRITEBACK);
2158 }
2159 EXPORT_SYMBOL(account_page_writeback);
2160
2161 /*
2162  * For address_spaces which do not use buffers.  Just tag the page as dirty in
2163  * its radix tree.
2164  *
2165  * This is also used when a single buffer is being dirtied: we want to set the
2166  * page dirty in that case, but not all the buffers.  This is a "bottom-up"
2167  * dirtying, whereas __set_page_dirty_buffers() is a "top-down" dirtying.
2168  *
2169  * Most callers have locked the page, which pins the address_space in memory.
2170  * But zap_pte_range() does not lock the page, however in that case the
2171  * mapping is pinned by the vma's ->vm_file reference.
2172  *
2173  * We take care to handle the case where the page was truncated from the
2174  * mapping by re-checking page_mapping() inside tree_lock.
2175  */
2176 int __set_page_dirty_nobuffers(struct page *page)
2177 {
2178         if (!TestSetPageDirty(page)) {
2179                 struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2180                 struct address_space *mapping2;
2181
2182                 if (!mapping)
2183                         return 1;
2184
2185                 spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
2186                 mapping2 = page_mapping(page);
2187                 if (mapping2) { /* Race with truncate? */
2188                         BUG_ON(mapping2 != mapping);
2189                         WARN_ON_ONCE(!PagePrivate(page) && !PageUptodate(page));
2190                         account_page_dirtied(page, mapping);
2191                         radix_tree_tag_set(&mapping->page_tree,
2192                                 page_index(page), PAGECACHE_TAG_DIRTY);
2193                 }
2194                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
2195                 if (mapping->host) {
2196                         /* !PageAnon && !swapper_space */
2197                         __mark_inode_dirty(mapping->host, I_DIRTY_PAGES);
2198                 }
2199                 return 1;
2200         }
2201         return 0;
2202 }
2203 EXPORT_SYMBOL(__set_page_dirty_nobuffers);
2204
2205 /*
2206  * Call this whenever redirtying a page, to de-account the dirty counters
2207  * (NR_DIRTIED, BDI_DIRTIED, tsk->nr_dirtied), so that they match the written
2208  * counters (NR_WRITTEN, BDI_WRITTEN) in long term. The mismatches will lead to
2209  * systematic errors in balanced_dirty_ratelimit and the dirty pages position
2210  * control.
2211  */
2212 void account_page_redirty(struct page *page)
2213 {
2214         struct address_space *mapping = page->mapping;
2215         if (mapping && mapping_cap_account_dirty(mapping)) {
2216                 current->nr_dirtied--;
2217                 dec_zone_page_state(page, NR_DIRTIED);
2218                 dec_bdi_stat(mapping->backing_dev_info, BDI_DIRTIED);
2219         }
2220 }
2221 EXPORT_SYMBOL(account_page_redirty);
2222
2223 /*
2224  * When a writepage implementation decides that it doesn't want to write this
2225  * page for some reason, it should redirty the locked page via
2226  * redirty_page_for_writepage() and it should then unlock the page and return 0
2227  */
2228 int redirty_page_for_writepage(struct writeback_control *wbc, struct page *page)
2229 {
2230         wbc->pages_skipped++;
2231         account_page_redirty(page);
2232         return __set_page_dirty_nobuffers(page);
2233 }
2234 EXPORT_SYMBOL(redirty_page_for_writepage);
2235
2236 /*
2237  * Dirty a page.
2238  *
2239  * For pages with a mapping this should be done under the page lock
2240  * for the benefit of asynchronous memory errors who prefer a consistent
2241  * dirty state. This rule can be broken in some special cases,
2242  * but should be better not to.
2243  *
2244  * If the mapping doesn't provide a set_page_dirty a_op, then
2245  * just fall through and assume that it wants buffer_heads.
2246  */
2247 int set_page_dirty(struct page *page)
2248 {
2249         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2250
2251         if (likely(mapping)) {
2252                 int (*spd)(struct page *) = mapping->a_ops->set_page_dirty;
2253                 /*
2254                  * readahead/lru_deactivate_page could remain
2255                  * PG_readahead/PG_reclaim due to race with end_page_writeback
2256                  * About readahead, if the page is written, the flags would be
2257                  * reset. So no problem.
2258                  * About lru_deactivate_page, if the page is redirty, the flag
2259                  * will be reset. So no problem. but if the page is used by readahead
2260                  * it will confuse readahead and make it restart the size rampup
2261                  * process. But it's a trivial problem.
2262                  */
2263                 ClearPageReclaim(page);
2264 #ifdef CONFIG_BLOCK
2265                 if (!spd)
2266                         spd = __set_page_dirty_buffers;
2267 #endif
2268                 return (*spd)(page);
2269         }
2270         if (!PageDirty(page)) {
2271                 if (!TestSetPageDirty(page))
2272                         return 1;
2273         }
2274         return 0;
2275 }
2276 EXPORT_SYMBOL(set_page_dirty);
2277
2278 /*
2279  * set_page_dirty() is racy if the caller has no reference against
2280  * page->mapping->host, and if the page is unlocked.  This is because another
2281  * CPU could truncate the page off the mapping and then free the mapping.
2282  *
2283  * Usually, the page _is_ locked, or the caller is a user-space process which
2284  * holds a reference on the inode by having an open file.
2285  *
2286  * In other cases, the page should be locked before running set_page_dirty().
2287  */
2288 int set_page_dirty_lock(struct page *page)
2289 {
2290         int ret;
2291
2292         lock_page(page);
2293         ret = set_page_dirty(page);
2294         unlock_page(page);
2295         return ret;
2296 }
2297 EXPORT_SYMBOL(set_page_dirty_lock);
2298
2299 /*
2300  * Clear a page's dirty flag, while caring for dirty memory accounting.
2301  * Returns true if the page was previously dirty.
2302  *
2303  * This is for preparing to put the page under writeout.  We leave the page
2304  * tagged as dirty in the radix tree so that a concurrent write-for-sync
2305  * can discover it via a PAGECACHE_TAG_DIRTY walk.  The ->writepage
2306  * implementation will run either set_page_writeback() or set_page_dirty(),
2307  * at which stage we bring the page's dirty flag and radix-tree dirty tag
2308  * back into sync.
2309  *
2310  * This incoherency between the page's dirty flag and radix-tree tag is
2311  * unfortunate, but it only exists while the page is locked.
2312  */
2313 int clear_page_dirty_for_io(struct page *page)
2314 {
2315         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2316
2317         BUG_ON(!PageLocked(page));
2318
2319         if (mapping && mapping_cap_account_dirty(mapping)) {
2320                 /*
2321                  * Yes, Virginia, this is indeed insane.
2322                  *
2323                  * We use this sequence to make sure that
2324                  *  (a) we account for dirty stats properly
2325                  *  (b) we tell the low-level filesystem to
2326                  *      mark the whole page dirty if it was
2327                  *      dirty in a pagetable. Only to then
2328                  *  (c) clean the page again and return 1 to
2329                  *      cause the writeback.
2330                  *
2331                  * This way we avoid all nasty races with the
2332                  * dirty bit in multiple places and clearing
2333                  * them concurrently from different threads.
2334                  *
2335                  * Note! Normally the "set_page_dirty(page)"
2336                  * has no effect on the actual dirty bit - since
2337                  * that will already usually be set. But we
2338                  * need the side effects, and it can help us
2339                  * avoid races.
2340                  *
2341                  * We basically use the page "master dirty bit"
2342                  * as a serialization point for all the different
2343                  * threads doing their things.
2344                  */
2345                 if (page_mkclean(page))
2346                         set_page_dirty(page);
2347                 /*
2348                  * We carefully synchronise fault handlers against
2349                  * installing a dirty pte and marking the page dirty
2350                  * at this point. We do this by having them hold the
2351                  * page lock at some point after installing their
2352                  * pte, but before marking the page dirty.
2353                  * Pages are always locked coming in here, so we get
2354                  * the desired exclusion. See mm/memory.c:do_wp_page()
2355                  * for more comments.
2356                  */
2357                 if (TestClearPageDirty(page)) {
2358                         dec_zone_page_state(page, NR_FILE_DIRTY);
2359                         dec_bdi_stat(mapping->backing_dev_info,
2360                                         BDI_RECLAIMABLE);
2361                         return 1;
2362                 }
2363                 return 0;
2364         }
2365         return TestClearPageDirty(page);
2366 }
2367 EXPORT_SYMBOL(clear_page_dirty_for_io);
2368
2369 int test_clear_page_writeback(struct page *page)
2370 {
2371         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2372         int ret;
2373         bool locked;
2374         unsigned long memcg_flags;
2375
2376         mem_cgroup_begin_update_page_stat(page, &locked, &memcg_flags);
2377         if (mapping) {
2378                 struct backing_dev_info *bdi = mapping->backing_dev_info;
2379                 unsigned long flags;
2380
2381                 spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
2382                 ret = TestClearPageWriteback(page);
2383                 if (ret) {
2384                         radix_tree_tag_clear(&mapping->page_tree,
2385                                                 page_index(page),
2386                                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK);
2387                         if (bdi_cap_account_writeback(bdi)) {
2388                                 __dec_bdi_stat(bdi, BDI_WRITEBACK);
2389                                 __bdi_writeout_inc(bdi);
2390                         }
2391                 }
2392                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
2393         } else {
2394                 ret = TestClearPageWriteback(page);
2395         }
2396         if (ret) {
2397                 mem_cgroup_dec_page_stat(page, MEM_CGROUP_STAT_WRITEBACK);
2398                 dec_zone_page_state(page, NR_WRITEBACK);
2399                 inc_zone_page_state(page, NR_WRITTEN);
2400         }
2401         mem_cgroup_end_update_page_stat(page, &locked, &memcg_flags);
2402         return ret;
2403 }
2404
2405 int test_set_page_writeback(struct page *page)
2406 {
2407         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2408         int ret;
2409         bool locked;
2410         unsigned long memcg_flags;
2411
2412         mem_cgroup_begin_update_page_stat(page, &locked, &memcg_flags);
2413         if (mapping) {
2414                 struct backing_dev_info *bdi = mapping->backing_dev_info;
2415                 unsigned long flags;
2416
2417                 spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
2418                 ret = TestSetPageWriteback(page);
2419                 if (!ret) {
2420                         radix_tree_tag_set(&mapping->page_tree,
2421                                                 page_index(page),
2422                                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK);
2423                         if (bdi_cap_account_writeback(bdi))
2424                                 __inc_bdi_stat(bdi, BDI_WRITEBACK);
2425                 }
2426                 if (!PageDirty(page))
2427                         radix_tree_tag_clear(&mapping->page_tree,
2428                                                 page_index(page),
2429                                                 PAGECACHE_TAG_DIRTY);
2430                 radix_tree_tag_clear(&mapping->page_tree,
2431                                      page_index(page),
2432                                      PAGECACHE_TAG_TOWRITE);
2433                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
2434         } else {
2435                 ret = TestSetPageWriteback(page);
2436         }
2437         if (!ret)
2438                 account_page_writeback(page);
2439         mem_cgroup_end_update_page_stat(page, &locked, &memcg_flags);
2440         return ret;
2441
2442 }
2443 EXPORT_SYMBOL(test_set_page_writeback);
2444
2445 /*
2446  * Return true if any of the pages in the mapping are marked with the
2447  * passed tag.
2448  */
2449 int mapping_tagged(struct address_space *mapping, int tag)
2450 {
2451         return radix_tree_tagged(&mapping->page_tree, tag);
2452 }
2453 EXPORT_SYMBOL(mapping_tagged);
2454
2455 /**
2456  * wait_for_stable_page() - wait for writeback to finish, if necessary.
2457  * @page:       The page to wait on.
2458  *
2459  * This function determines if the given page is related to a backing device
2460  * that requires page contents to be held stable during writeback.  If so, then
2461  * it will wait for any pending writeback to complete.
2462  */
2463 void wait_for_stable_page(struct page *page)
2464 {
2465         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2466         struct backing_dev_info *bdi = mapping->backing_dev_info;
2467
2468         if (!bdi_cap_stable_pages_required(bdi))
2469                 return;
2470
2471         wait_on_page_writeback(page);
2472 }
2473 EXPORT_SYMBOL_GPL(wait_for_stable_page);