mm/swap.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  linux/mm/swap.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   6  */
   7
   8 /*
   9  * This file contains the default values for the operation of the
  10  * Linux VM subsystem. Fine-tuning documentation can be found in
  11  * Documentation/admin-guide/sysctl/vm.rst.
  12  * Started 18.12.91
  13  * Swap aging added 23.2.95, Stephen Tweedie.
  14  * Buffermem limits added 12.3.98, Rik van Riel.
  15  */
  16
  17 #include <linux/mm.h>
  18 #include <linux/sched.h>
  19 #include <linux/kernel_stat.h>
  20 #include <linux/swap.h>
  21 #include <linux/mman.h>
  22 #include <linux/pagemap.h>
  23 #include <linux/pagevec.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/export.h>
  26 #include <linux/mm_inline.h>
  27 #include <linux/percpu_counter.h>
  28 #include <linux/memremap.h>
  29 #include <linux/percpu.h>
  30 #include <linux/cpu.h>
  31 #include <linux/notifier.h>
  32 #include <linux/backing-dev.h>
  33 #include <linux/memcontrol.h>
  34 #include <linux/gfp.h>
  35 #include <linux/uio.h>
  36 #include <linux/hugetlb.h>
  37 #include <linux/page_idle.h>
  38 #include <linux/local_lock.h>
  39
  40 #include "internal.h"
  41
  42 #define CREATE_TRACE_POINTS
  43 #include <trace/events/pagemap.h>
  44
  45 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? */
  46 int page_cluster;
  47
  48 /* Protecting only lru_rotate.pvec which requires disabling interrupts */
  49 struct lru_rotate {
  50         local_lock_t lock;
  51         struct pagevec pvec;
  52 };
  53 static DEFINE_PER_CPU(struct lru_rotate, lru_rotate) = {
  54         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
  55 };
  56
  57 /*
  58  * The following struct pagevec are grouped together because they are protected
  59  * by disabling preemption (and interrupts remain enabled).
  60  */
  61 struct lru_pvecs {
  62         local_lock_t lock;
  63         struct pagevec lru_add;
  64         struct pagevec lru_deactivate_file;
  65         struct pagevec lru_deactivate;
  66         struct pagevec lru_lazyfree;
  67 #ifdef CONFIG_SMP
  68         struct pagevec activate_page;
  69 #endif
  70 };
  71 static DEFINE_PER_CPU(struct lru_pvecs, lru_pvecs) = {
  72         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
  73 };
  74
  75 /*
  76  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally
  77  * freed via pagevecs.  But it gets used by networking.
  78  */
  79 static void __page_cache_release(struct page *page)
  80 {
  81         if (PageLRU(page)) {
  82                 struct lruvec *lruvec;
  83                 unsigned long flags;
  84
  85                 lruvec = lock_page_lruvec_irqsave(page, &flags);
  86                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
  87                 __clear_page_lru_flags(page);
  88                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
  89         }
  90         __ClearPageWaiters(page);
  91 }
  92
  93 static void __put_single_page(struct page *page)
  94 {
  95         __page_cache_release(page);
  96         mem_cgroup_uncharge(page);
  97         free_unref_page(page);
  98 }
  99
 100 static void __put_compound_page(struct page *page)
 101 {
 102         /*
 103          * __page_cache_release() is supposed to be called for thp, not for
 104          * hugetlb. This is because hugetlb page does never have PageLRU set
 105          * (it's never listed to any LRU lists) and no memcg routines should
 106          * be called for hugetlb (it has a separate hugetlb_cgroup.)
 107          */
 108         if (!PageHuge(page))
 109                 __page_cache_release(page);
 110         destroy_compound_page(page);
 111 }
 112
 113 void __put_page(struct page *page)
 114 {
 115         if (is_zone_device_page(page)) {
 116                 put_dev_pagemap(page->pgmap);
 117
 118                 /*
 119                  * The page belongs to the device that created pgmap. Do
 120                  * not return it to page allocator.
 121                  */
 122                 return;
 123         }
 124
 125         if (unlikely(PageCompound(page)))
 126                 __put_compound_page(page);
 127         else
 128                 __put_single_page(page);
 129 }
 130 EXPORT_SYMBOL(__put_page);
 131
 132 /**
 133  * put_pages_list() - release a list of pages
 134  * @pages: list of pages threaded on page->lru
 135  *
 136  * Release a list of pages which are strung together on page.lru.  Currently
 137  * used by read_cache_pages() and related error recovery code.
 138  */
 139 void put_pages_list(struct list_head *pages)
 140 {
 141         while (!list_empty(pages)) {
 142                 struct page *victim;
 143
 144                 victim = lru_to_page(pages);
 145                 list_del(&victim->lru);
 146                 put_page(victim);
 147         }
 148 }
 149 EXPORT_SYMBOL(put_pages_list);
 150
 151 /*
 152  * get_kernel_pages() - pin kernel pages in memory
 153  * @kiov:       An array of struct kvec structures
 154  * @nr_segs:    number of segments to pin
 155  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 156  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
 157  *              Should be at least nr_segs long.
 158  *
 159  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
 160  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
 161  * were pinned, returns -errno. Each page returned must be released
 162  * with a put_page() call when it is finished with.
 163  */
 164 int get_kernel_pages(const struct kvec *kiov, int nr_segs, int write,
 165                 struct page **pages)
 166 {
 167         int seg;
 168
 169         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 170                 if (WARN_ON(kiov[seg].iov_len != PAGE_SIZE))
 171                         return seg;
 172
 173                 pages[seg] = kmap_to_page(kiov[seg].iov_base);
 174                 get_page(pages[seg]);
 175         }
 176
 177         return seg;
 178 }
 179 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_pages);
 180
 181 /*
 182  * get_kernel_page() - pin a kernel page in memory
 183  * @start:      starting kernel address
 184  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 185  * @pages:      array that receives pointer to the page pinned.
 186  *              Must be at least nr_segs long.
 187  *
 188  * Returns 1 if page is pinned. If the page was not pinned, returns
 189  * -errno. The page returned must be released with a put_page() call
 190  * when it is finished with.
 191  */
 192 int get_kernel_page(unsigned long start, int write, struct page **pages)
 193 {
 194         const struct kvec kiov = {
 195                 .iov_base = (void *)start,
 196                 .iov_len = PAGE_SIZE
 197         };
 198
 199         return get_kernel_pages(&kiov, 1, write, pages);
 200 }
 201 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_page);
 202
 203 static void pagevec_lru_move_fn(struct pagevec *pvec,
 204         void (*move_fn)(struct page *page, struct lruvec *lruvec))
 205 {
 206         int i;
 207         struct lruvec *lruvec = NULL;
 208         unsigned long flags = 0;
 209
 210         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
 211                 struct page *page = pvec->pages[i];
 212
 213                 /* block memcg migration during page moving between lru */
 214                 if (!TestClearPageLRU(page))
 215                         continue;
 216
 217                 lruvec = relock_page_lruvec_irqsave(page, lruvec, &flags);
 218                 (*move_fn)(page, lruvec);
 219
 220                 SetPageLRU(page);
 221         }
 222         if (lruvec)
 223                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 224         release_pages(pvec->pages, pvec->nr);
 225         pagevec_reinit(pvec);
 226 }
 227
 228 static void pagevec_move_tail_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 229 {
 230         if (!PageUnevictable(page)) {
 231                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 232                 ClearPageActive(page);
 233                 add_page_to_lru_list_tail(page, lruvec);
 234                 __count_vm_events(PGROTATED, thp_nr_pages(page));
 235         }
 236 }
 237
 238 /*
 239  * Writeback is about to end against a page which has been marked for immediate
 240  * reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it to the tail of the
 241  * inactive list.
 242  *
 243  * rotate_reclaimable_page() must disable IRQs, to prevent nasty races.
 244  */
 245 void rotate_reclaimable_page(struct page *page)
 246 {
 247         if (!PageLocked(page) && !PageDirty(page) &&
 248             !PageUnevictable(page) && PageLRU(page)) {
 249                 struct pagevec *pvec;
 250                 unsigned long flags;
 251
 252                 get_page(page);
 253                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 254                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_rotate.pvec);
 255                 if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 256                         pagevec_lru_move_fn(pvec, pagevec_move_tail_fn);
 257                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 258         }
 259 }
 260
 261 void lru_note_cost(struct lruvec *lruvec, bool file, unsigned int nr_pages)
 262 {
 263         do {
 264                 unsigned long lrusize;
 265
 266                 /*
 267                  * Hold lruvec->lru_lock is safe here, since
 268                  * 1) The pinned lruvec in reclaim, or
 269                  * 2) From a pre-LRU page during refault (which also holds the
 270                  *    rcu lock, so would be safe even if the page was on the LRU
 271                  *    and could move simultaneously to a new lruvec).
 272                  */
 273                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
 274                 /* Record cost event */
 275                 if (file)
 276                         lruvec->file_cost += nr_pages;
 277                 else
 278                         lruvec->anon_cost += nr_pages;
 279
 280                 /*
 281                  * Decay previous events
 282                  *
 283                  * Because workloads change over time (and to avoid
 284                  * overflow) we keep these statistics as a floating
 285                  * average, which ends up weighing recent refaults
 286                  * more than old ones.
 287                  */
 288                 lrusize = lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_ANON) +
 289                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_ANON) +
 290                           lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_FILE) +
 291                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_FILE);
 292
 293                 if (lruvec->file_cost + lruvec->anon_cost > lrusize / 4) {
 294                         lruvec->file_cost /= 2;
 295                         lruvec->anon_cost /= 2;
 296                 }
 297                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
 298         } while ((lruvec = parent_lruvec(lruvec)));
 299 }
 300
 301 void lru_note_cost_page(struct page *page)
 302 {
 303         lru_note_cost(mem_cgroup_page_lruvec(page, page_pgdat(page)),
 304                       page_is_file_lru(page), thp_nr_pages(page));
 305 }
 306
 307 static void __activate_page(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 308 {
 309         if (!PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 310                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 311
 312                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 313                 SetPageActive(page);
 314                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
 315                 trace_mm_lru_activate(page);
 316
 317                 __count_vm_events(PGACTIVATE, nr_pages);
 318                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGACTIVATE,
 319                                      nr_pages);
 320         }
 321 }
 322
 323 #ifdef CONFIG_SMP
 324 static void activate_page_drain(int cpu)
 325 {
 326         struct pagevec *pvec = &per_cpu(lru_pvecs.activate_page, cpu);
 327
 328         if (pagevec_count(pvec))
 329                 pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page);
 330 }
 331
 332 static bool need_activate_page_drain(int cpu)
 333 {
 334         return pagevec_count(&per_cpu(lru_pvecs.activate_page, cpu)) != 0;
 335 }
 336
 337 static void activate_page(struct page *page)
 338 {
 339         page = compound_head(page);
 340         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 341                 struct pagevec *pvec;
 342
 343                 local_lock(&lru_pvecs.lock);
 344                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.activate_page);
 345                 get_page(page);
 346                 if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 347                         pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page);
 348                 local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 349         }
 350 }
 351
 352 #else
 353 static inline void activate_page_drain(int cpu)
 354 {
 355 }
 356
 357 static void activate_page(struct page *page)
 358 {
 359         struct lruvec *lruvec;
 360
 361         page = compound_head(page);
 362         if (TestClearPageLRU(page)) {
 363                 lruvec = lock_page_lruvec_irq(page);
 364                 __activate_page(page, lruvec);
 365                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
 366                 SetPageLRU(page);
 367         }
 368 }
 369 #endif
 370
 371 static void __lru_cache_activate_page(struct page *page)
 372 {
 373         struct pagevec *pvec;
 374         int i;
 375
 376         local_lock(&lru_pvecs.lock);
 377         pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.lru_add);
 378
 379         /*
 380          * Search backwards on the optimistic assumption that the page being
 381          * activated has just been added to this pagevec. Note that only
 382          * the local pagevec is examined as a !PageLRU page could be in the
 383          * process of being released, reclaimed, migrated or on a remote
 384          * pagevec that is currently being drained. Furthermore, marking
 385          * a remote pagevec's page PageActive potentially hits a race where
 386          * a page is marked PageActive just after it is added to the inactive
 387          * list causing accounting errors and BUG_ON checks to trigger.
 388          */
 389         for (i = pagevec_count(pvec) - 1; i >= 0; i--) {
 390                 struct page *pagevec_page = pvec->pages[i];
 391
 392                 if (pagevec_page == page) {
 393                         SetPageActive(page);
 394                         break;
 395                 }
 396         }
 397
 398         local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Mark a page as having seen activity.
 403  *
 404  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 405  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 406  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 407  *
 408  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 409  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 410  */
 411 void mark_page_accessed(struct page *page)
 412 {
 413         page = compound_head(page);
 414
 415         if (!PageReferenced(page)) {
 416                 SetPageReferenced(page);
 417         } else if (PageUnevictable(page)) {
 418                 /*
 419                  * Unevictable pages are on the "LRU_UNEVICTABLE" list. But,
 420                  * this list is never rotated or maintained, so marking an
 421                  * evictable page accessed has no effect.
 422                  */
 423         } else if (!PageActive(page)) {
 424                 /*
 425                  * If the page is on the LRU, queue it for activation via
 426                  * lru_pvecs.activate_page. Otherwise, assume the page is on a
 427                  * pagevec, mark it active and it'll be moved to the active
 428                  * LRU on the next drain.
 429                  */
 430                 if (PageLRU(page))
 431                         activate_page(page);
 432                 else
 433                         __lru_cache_activate_page(page);
 434                 ClearPageReferenced(page);
 435                 workingset_activation(page);
 436         }
 437         if (page_is_idle(page))
 438                 clear_page_idle(page);
 439 }
 440 EXPORT_SYMBOL(mark_page_accessed);
 441
 442 /**
 443  * lru_cache_add - add a page to a page list
 444  * @page: the page to be added to the LRU.
 445  *
 446  * Queue the page for addition to the LRU via pagevec. The decision on whether
 447  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 448  * pagevec is drained. This gives a chance for the caller of lru_cache_add()
 449  * have the page added to the active list using mark_page_accessed().
 450  */
 451 void lru_cache_add(struct page *page)
 452 {
 453         struct pagevec *pvec;
 454
 455         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page) && PageUnevictable(page), page);
 456         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 457
 458         get_page(page);
 459         local_lock(&lru_pvecs.lock);
 460         pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.lru_add);
 461         if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 462                 __pagevec_lru_add(pvec);
 463         local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 464 }
 465 EXPORT_SYMBOL(lru_cache_add);
 466
 467 /**
 468  * lru_cache_add_inactive_or_unevictable
 469  * @page:  the page to be added to LRU
 470  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
 471  *
 472  * Place @page on the inactive or unevictable LRU list, depending on its
 473  * evictability.
 474  */
 475 void lru_cache_add_inactive_or_unevictable(struct page *page,
 476                                          struct vm_area_struct *vma)
 477 {
 478         bool unevictable;
 479
 480         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 481
 482         unevictable = (vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) == VM_LOCKED;
 483         if (unlikely(unevictable) && !TestSetPageMlocked(page)) {
 484                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 485                 /*
 486                  * We use the irq-unsafe __mod_zone_page_stat because this
 487                  * counter is not modified from interrupt context, and the pte
 488                  * lock is held(spinlock), which implies preemption disabled.
 489                  */
 490                 __mod_zone_page_state(page_zone(page), NR_MLOCK, nr_pages);
 491                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGMLOCKED, nr_pages);
 492         }
 493         lru_cache_add(page);
 494 }
 495
 496 /*
 497  * If the page can not be invalidated, it is moved to the
 498  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 499  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 500  * threads some time to write it out, as this is much more
 501  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 502  *
 503  * If the page isn't page_mapped and dirty/writeback, the page
 504  * could reclaim asap using PG_reclaim.
 505  *
 506  * 1. active, mapped page -> none
 507  * 2. active, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 508  * 3. inactive, mapped page -> none
 509  * 4. inactive, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 510  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 511  * 6. Others -> none
 512  *
 513  * In 4, why it moves inactive's head, the VM expects the page would
 514  * be write it out by flusher threads as this is much more effective
 515  * than the single-page writeout from reclaim.
 516  */
 517 static void lru_deactivate_file_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 518 {
 519         bool active = PageActive(page);
 520         int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 521
 522         if (PageUnevictable(page))
 523                 return;
 524
 525         /* Some processes are using the page */
 526         if (page_mapped(page))
 527                 return;
 528
 529         del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 530         ClearPageActive(page);
 531         ClearPageReferenced(page);
 532
 533         if (PageWriteback(page) || PageDirty(page)) {
 534                 /*
 535                  * PG_reclaim could be raced with end_page_writeback
 536                  * It can make readahead confusing.  But race window
 537                  * is _really_ small and  it's non-critical problem.
 538                  */
 539                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
 540                 SetPageReclaim(page);
 541         } else {
 542                 /*
 543                  * The page's writeback ends up during pagevec
 544                  * We moves tha page into tail of inactive.
 545                  */
 546                 add_page_to_lru_list_tail(page, lruvec);
 547                 __count_vm_events(PGROTATED, nr_pages);
 548         }
 549
 550         if (active) {
 551                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 552                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 553                                      nr_pages);
 554         }
 555 }
 556
 557 static void lru_deactivate_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 558 {
 559         if (PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 560                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 561
 562                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 563                 ClearPageActive(page);
 564                 ClearPageReferenced(page);
 565                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
 566
 567                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 568                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 569                                      nr_pages);
 570         }
 571 }
 572
 573 static void lru_lazyfree_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 574 {
 575         if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page) &&
 576             !PageSwapCache(page) && !PageUnevictable(page)) {
 577                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 578
 579                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 580                 ClearPageActive(page);
 581                 ClearPageReferenced(page);
 582                 /*
 583                  * Lazyfree pages are clean anonymous pages.  They have
 584                  * PG_swapbacked flag cleared, to distinguish them from normal
 585                  * anonymous pages
 586                  */
 587                 ClearPageSwapBacked(page);
 588                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
 589
 590                 __count_vm_events(PGLAZYFREE, nr_pages);
 591                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGLAZYFREE,
 592                                      nr_pages);
 593         }
 594 }
 595
 596 /*
 597  * Drain pages out of the cpu's pagevecs.
 598  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 599  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 600  */
 601 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 602 {
 603         struct pagevec *pvec = &per_cpu(lru_pvecs.lru_add, cpu);
 604
 605         if (pagevec_count(pvec))
 606                 __pagevec_lru_add(pvec);
 607
 608         pvec = &per_cpu(lru_rotate.pvec, cpu);
 609         /* Disabling interrupts below acts as a compiler barrier. */
 610         if (data_race(pagevec_count(pvec))) {
 611                 unsigned long flags;
 612
 613                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 614                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 615                 pagevec_lru_move_fn(pvec, pagevec_move_tail_fn);
 616                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 617         }
 618
 619         pvec = &per_cpu(lru_pvecs.lru_deactivate_file, cpu);
 620         if (pagevec_count(pvec))
 621                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn);
 622
 623         pvec = &per_cpu(lru_pvecs.lru_deactivate, cpu);
 624         if (pagevec_count(pvec))
 625                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_fn);
 626
 627         pvec = &per_cpu(lru_pvecs.lru_lazyfree, cpu);
 628         if (pagevec_count(pvec))
 629                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_lazyfree_fn);
 630
 631         activate_page_drain(cpu);
 632 }
 633
 634 /**
 635  * deactivate_file_page - forcefully deactivate a file page
 636  * @page: page to deactivate
 637  *
 638  * This function hints the VM that @page is a good reclaim candidate,
 639  * for example if its invalidation fails due to the page being dirty
 640  * or under writeback.
 641  */
 642 void deactivate_file_page(struct page *page)
 643 {
 644         /*
 645          * In a workload with many unevictable page such as mprotect,
 646          * unevictable page deactivation for accelerating reclaim is pointless.
 647          */
 648         if (PageUnevictable(page))
 649                 return;
 650
 651         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
 652                 struct pagevec *pvec;
 653
 654                 local_lock(&lru_pvecs.lock);
 655                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.lru_deactivate_file);
 656
 657                 if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 658                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn);
 659                 local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 660         }
 661 }
 662
 663 /*
 664  * deactivate_page - deactivate a page
 665  * @page: page to deactivate
 666  *
 667  * deactivate_page() moves @page to the inactive list if @page was on the active
 668  * list and was not an unevictable page.  This is done to accelerate the reclaim
 669  * of @page.
 670  */
 671 void deactivate_page(struct page *page)
 672 {
 673         if (PageLRU(page) && PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 674                 struct pagevec *pvec;
 675
 676                 local_lock(&lru_pvecs.lock);
 677                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.lru_deactivate);
 678                 get_page(page);
 679                 if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 680                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_fn);
 681                 local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 682         }
 683 }
 684
 685 /**
 686  * mark_page_lazyfree - make an anon page lazyfree
 687  * @page: page to deactivate
 688  *
 689  * mark_page_lazyfree() moves @page to the inactive file list.
 690  * This is done to accelerate the reclaim of @page.
 691  */
 692 void mark_page_lazyfree(struct page *page)
 693 {
 694         if (PageLRU(page) && PageAnon(page) && PageSwapBacked(page) &&
 695             !PageSwapCache(page) && !PageUnevictable(page)) {
 696                 struct pagevec *pvec;
 697
 698                 local_lock(&lru_pvecs.lock);
 699                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_pvecs.lru_lazyfree);
 700                 get_page(page);
 701                 if (!pagevec_add(pvec, page) || PageCompound(page))
 702                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_lazyfree_fn);
 703                 local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 704         }
 705 }
 706
 707 void lru_add_drain(void)
 708 {
 709         local_lock(&lru_pvecs.lock);
 710         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 711         local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 712 }
 713
 714 void lru_add_drain_cpu_zone(struct zone *zone)
 715 {
 716         local_lock(&lru_pvecs.lock);
 717         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 718         drain_local_pages(zone);
 719         local_unlock(&lru_pvecs.lock);
 720 }
 721
 722 #ifdef CONFIG_SMP
 723
 724 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 725
 726 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 727 {
 728         lru_add_drain();
 729 }
 730
 731 /*
 732  * Doesn't need any cpu hotplug locking because we do rely on per-cpu
 733  * kworkers being shut down before our page_alloc_cpu_dead callback is
 734  * executed on the offlined cpu.
 735  * Calling this function with cpu hotplug locks held can actually lead
 736  * to obscure indirect dependencies via WQ context.
 737  */
 738 void lru_add_drain_all(void)
 739 {
 740         /*
 741          * lru_drain_gen - Global pages generation number
 742          *
 743          * (A) Definition: global lru_drain_gen = x implies that all generations
 744          *     0 < n <= x are already *scheduled* for draining.
 745          *
 746          * This is an optimization for the highly-contended use case where a
 747          * user space workload keeps constantly generating a flow of pages for
 748          * each CPU.
 749          */
 750         static unsigned int lru_drain_gen;
 751         static struct cpumask has_work;
 752         static DEFINE_MUTEX(lock);
 753         unsigned cpu, this_gen;
 754
 755         /*
 756          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
 757          * initialized.
 758          */
 759         if (WARN_ON(!mm_percpu_wq))
 760                 return;
 761
 762         /*
 763          * Guarantee pagevec counter stores visible by this CPU are visible to
 764          * other CPUs before loading the current drain generation.
 765          */
 766         smp_mb();
 767
 768         /*
 769          * (B) Locally cache global LRU draining generation number
 770          *
 771          * The read barrier ensures that the counter is loaded before the mutex
 772          * is taken. It pairs with smp_mb() inside the mutex critical section
 773          * at (D).
 774          */
 775         this_gen = smp_load_acquire(&lru_drain_gen);
 776
 777         mutex_lock(&lock);
 778
 779         /*
 780          * (C) Exit the draining operation if a newer generation, from another
 781          * lru_add_drain_all(), was already scheduled for draining. Check (A).
 782          */
 783         if (unlikely(this_gen != lru_drain_gen))
 784                 goto done;
 785
 786         /*
 787          * (D) Increment global generation number
 788          *
 789          * Pairs with smp_load_acquire() at (B), outside of the critical
 790          * section. Use a full memory barrier to guarantee that the new global
 791          * drain generation number is stored before loading pagevec counters.
 792          *
 793          * This pairing must be done here, before the for_each_online_cpu loop
 794          * below which drains the page vectors.
 795          *
 796          * Let x, y, and z represent some system CPU numbers, where x < y < z.
 797          * Assume CPU #z is is in the middle of the for_each_online_cpu loop
 798          * below and has already reached CPU #y's per-cpu data. CPU #x comes
 799          * along, adds some pages to its per-cpu vectors, then calls
 800          * lru_add_drain_all().
 801          *
 802          * If the paired barrier is done at any later step, e.g. after the
 803          * loop, CPU #x will just exit at (C) and miss flushing out all of its
 804          * added pages.
 805          */
 806         WRITE_ONCE(lru_drain_gen, lru_drain_gen + 1);
 807         smp_mb();
 808
 809         cpumask_clear(&has_work);
 810         for_each_online_cpu(cpu) {
 811                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 812
 813                 if (pagevec_count(&per_cpu(lru_pvecs.lru_add, cpu)) ||
 814                     data_race(pagevec_count(&per_cpu(lru_rotate.pvec, cpu))) ||
 815                     pagevec_count(&per_cpu(lru_pvecs.lru_deactivate_file, cpu)) ||
 816                     pagevec_count(&per_cpu(lru_pvecs.lru_deactivate, cpu)) ||
 817                     pagevec_count(&per_cpu(lru_pvecs.lru_lazyfree, cpu)) ||
 818                     need_activate_page_drain(cpu)) {
 819                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 820                         queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
 821                         __cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 822                 }
 823         }
 824
 825         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 826                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 827
 828 done:
 829         mutex_unlock(&lock);
 830 }
 831 #else
 832 void lru_add_drain_all(void)
 833 {
 834         lru_add_drain();
 835 }
 836 #endif /* CONFIG_SMP */
 837
 838 /**
 839  * release_pages - batched put_page()
 840  * @pages: array of pages to release
 841  * @nr: number of pages
 842  *
 843  * Decrement the reference count on all the pages in @pages.  If it
 844  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 845  */
 846 void release_pages(struct page **pages, int nr)
 847 {
 848         int i;
 849         LIST_HEAD(pages_to_free);
 850         struct lruvec *lruvec = NULL;
 851         unsigned long flags;
 852         unsigned int lock_batch;
 853
 854         for (i = 0; i < nr; i++) {
 855                 struct page *page = pages[i];
 856
 857                 /*
 858                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
 859                  * excessive with a continuous string of pages from the
 860                  * same lruvec. The lock is held only if lruvec != NULL.
 861                  */
 862                 if (lruvec && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
 863                         unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 864                         lruvec = NULL;
 865                 }
 866
 867                 page = compound_head(page);
 868                 if (is_huge_zero_page(page))
 869                         continue;
 870
 871                 if (is_zone_device_page(page)) {
 872                         if (lruvec) {
 873                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 874                                 lruvec = NULL;
 875                         }
 876                         /*
 877                          * ZONE_DEVICE pages that return 'false' from
 878                          * page_is_devmap_managed() do not require special
 879                          * processing, and instead, expect a call to
 880                          * put_page_testzero().
 881                          */
 882                         if (page_is_devmap_managed(page)) {
 883                                 put_devmap_managed_page(page);
 884                                 continue;
 885                         }
 886                         if (put_page_testzero(page))
 887                                 put_dev_pagemap(page->pgmap);
 888                         continue;
 889                 }
 890
 891                 if (!put_page_testzero(page))
 892                         continue;
 893
 894                 if (PageCompound(page)) {
 895                         if (lruvec) {
 896                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 897                                 lruvec = NULL;
 898                         }
 899                         __put_compound_page(page);
 900                         continue;
 901                 }
 902
 903                 if (PageLRU(page)) {
 904                         struct lruvec *prev_lruvec = lruvec;
 905
 906                         lruvec = relock_page_lruvec_irqsave(page, lruvec,
 907                                                                         &flags);
 908                         if (prev_lruvec != lruvec)
 909                                 lock_batch = 0;
 910
 911                         del_page_from_lru_list(page, lruvec);
 912                         __clear_page_lru_flags(page);
 913                 }
 914
 915                 __ClearPageWaiters(page);
 916
 917                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
 918         }
 919         if (lruvec)
 920                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 921
 922         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
 923         free_unref_page_list(&pages_to_free);
 924 }
 925 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
 926
 927 /*
 928  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
 929  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
 930  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
 931  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
 932  *
 933  * So __pagevec_release() will drain those queues here.  __pagevec_lru_add()
 934  * and __pagevec_lru_add_active() call release_pages() directly to avoid
 935  * mutual recursion.
 936  */
 937 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
 938 {
 939         if (!pvec->percpu_pvec_drained) {
 940                 lru_add_drain();
 941                 pvec->percpu_pvec_drained = true;
 942         }
 943         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec));
 944         pagevec_reinit(pvec);
 945 }
 946 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
 947
 948 static void __pagevec_lru_add_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec)
 949 {
 950         int was_unevictable = TestClearPageUnevictable(page);
 951         int nr_pages = thp_nr_pages(page);
 952
 953         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 954
 955         /*
 956          * Page becomes evictable in two ways:
 957          * 1) Within LRU lock [munlock_vma_page() and __munlock_pagevec()].
 958          * 2) Before acquiring LRU lock to put the page to correct LRU and then
 959          *   a) do PageLRU check with lock [check_move_unevictable_pages]
 960          *   b) do PageLRU check before lock [clear_page_mlock]
 961          *
 962          * (1) & (2a) are ok as LRU lock will serialize them. For (2b), we need
 963          * following strict ordering:
 964          *
 965          * #0: __pagevec_lru_add_fn             #1: clear_page_mlock
 966          *
 967          * SetPageLRU()                         TestClearPageMlocked()
 968          * smp_mb() // explicit ordering        // above provides strict
 969          *                                      // ordering
 970          * PageMlocked()                        PageLRU()
 971          *
 972          *
 973          * if '#1' does not observe setting of PG_lru by '#0' and fails
 974          * isolation, the explicit barrier will make sure that page_evictable
 975          * check will put the page in correct LRU. Without smp_mb(), SetPageLRU
 976          * can be reordered after PageMlocked check and can make '#1' to fail
 977          * the isolation of the page whose Mlocked bit is cleared (#0 is also
 978          * looking at the same page) and the evictable page will be stranded
 979          * in an unevictable LRU.
 980          */
 981         SetPageLRU(page);
 982         smp_mb__after_atomic();
 983
 984         if (page_evictable(page)) {
 985                 if (was_unevictable)
 986                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, nr_pages);
 987         } else {
 988                 ClearPageActive(page);
 989                 SetPageUnevictable(page);
 990                 if (!was_unevictable)
 991                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, nr_pages);
 992         }
 993
 994         add_page_to_lru_list(page, lruvec);
 995         trace_mm_lru_insertion(page);
 996 }
 997
 998 /*
 999  * Add the passed pages to the LRU, then drop the caller's refcount
1000  * on them.  Reinitialises the caller's pagevec.
1001  */
1002 void __pagevec_lru_add(struct pagevec *pvec)
1003 {
1004         int i;
1005         struct lruvec *lruvec = NULL;
1006         unsigned long flags = 0;
1007
1008         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
1009                 struct page *page = pvec->pages[i];
1010
1011                 lruvec = relock_page_lruvec_irqsave(page, lruvec, &flags);
1012                 __pagevec_lru_add_fn(page, lruvec);
1013         }
1014         if (lruvec)
1015                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1016         release_pages(pvec->pages, pvec->nr);
1017         pagevec_reinit(pvec);
1018 }
1019
1020 /**
1021  * pagevec_remove_exceptionals - pagevec exceptionals pruning
1022  * @pvec:       The pagevec to prune
1023  *
1024  * find_get_entries() fills both pages and XArray value entries (aka
1025  * exceptional entries) into the pagevec.  This function prunes all
1026  * exceptionals from @pvec without leaving holes, so that it can be
1027  * passed on to page-only pagevec operations.
1028  */
1029 void pagevec_remove_exceptionals(struct pagevec *pvec)
1030 {
1031         int i, j;
1032
1033         for (i = 0, j = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
1034                 struct page *page = pvec->pages[i];
1035                 if (!xa_is_value(page))
1036                         pvec->pages[j++] = page;
1037         }
1038         pvec->nr = j;
1039 }
1040
1041 /**
1042  * pagevec_lookup_range - gang pagecache lookup
1043  * @pvec:       Where the resulting pages are placed
1044  * @mapping:    The address_space to search
1045  * @start:      The starting page index
1046  * @end:        The final page index
1047  *
1048  * pagevec_lookup_range() will search for & return a group of up to PAGEVEC_SIZE
1049  * pages in the mapping starting from index @start and upto index @end
1050  * (inclusive).  The pages are placed in @pvec.  pagevec_lookup() takes a
1051  * reference against the pages in @pvec.
1052  *
1053  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
1054  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages. We
1055  * also update @start to index the next page for the traversal.
1056  *
1057  * pagevec_lookup_range() returns the number of pages which were found. If this
1058  * number is smaller than PAGEVEC_SIZE, the end of specified range has been
1059  * reached.
1060  */
1061 unsigned pagevec_lookup_range(struct pagevec *pvec,
1062                 struct address_space *mapping, pgoff_t *start, pgoff_t end)
1063 {
1064         pvec->nr = find_get_pages_range(mapping, start, end, PAGEVEC_SIZE,
1065                                         pvec->pages);
1066         return pagevec_count(pvec);
1067 }
1068 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_range);
1069
1070 unsigned pagevec_lookup_range_tag(struct pagevec *pvec,
1071                 struct address_space *mapping, pgoff_t *index, pgoff_t end,
1072                 xa_mark_t tag)
1073 {
1074         pvec->nr = find_get_pages_range_tag(mapping, index, end, tag,
1075                                         PAGEVEC_SIZE, pvec->pages);
1076         return pagevec_count(pvec);
1077 }
1078 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_range_tag);
1079
1080 /*
1081  * Perform any setup for the swap system
1082  */
1083 void __init swap_setup(void)
1084 {
1085         unsigned long megs = totalram_pages() >> (20 - PAGE_SHIFT);
1086
1087         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1088         if (megs < 16)
1089                 page_cluster = 2;
1090         else
1091                 page_cluster = 3;
1092         /*
1093          * Right now other parts of the system means that we
1094          * _really_ don't want to cluster much more
1095          */
1096 }
1097
1098 #ifdef CONFIG_DEV_PAGEMAP_OPS
1099 void put_devmap_managed_page(struct page *page)
1100 {
1101         int count;
1102
1103         if (WARN_ON_ONCE(!page_is_devmap_managed(page)))
1104                 return;
1105
1106         count = page_ref_dec_return(page);
1107
1108         /*
1109          * devmap page refcounts are 1-based, rather than 0-based: if
1110          * refcount is 1, then the page is free and the refcount is
1111          * stable because nobody holds a reference on the page.
1112          */
1113         if (count == 1)
1114                 free_devmap_managed_page(page);
1115         else if (!count)
1116                 __put_page(page);
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL(put_devmap_managed_page);
1119 #endif