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 #include <linux/buffer_head.h>
  40
  41 #include "internal.h"
  42
  43 #define CREATE_TRACE_POINTS
  44 #include <trace/events/pagemap.h>
  45
  46 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? As a power of 2 */
  47 int page_cluster;
  48 const int page_cluster_max = 31;
  49
  50 /* Protecting only lru_rotate.fbatch which requires disabling interrupts */
  51 struct lru_rotate {
  52         local_lock_t lock;
  53         struct folio_batch fbatch;
  54 };
  55 static DEFINE_PER_CPU(struct lru_rotate, lru_rotate) = {
  56         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
  57 };
  58
  59 /*
  60  * The following folio batches are grouped together because they are protected
  61  * by disabling preemption (and interrupts remain enabled).
  62  */
  63 struct cpu_fbatches {
  64         local_lock_t lock;
  65         struct folio_batch lru_add;
  66         struct folio_batch lru_deactivate_file;
  67         struct folio_batch lru_deactivate;
  68         struct folio_batch lru_lazyfree;
  69 #ifdef CONFIG_SMP
  70         struct folio_batch activate;
  71 #endif
  72 };
  73 static DEFINE_PER_CPU(struct cpu_fbatches, cpu_fbatches) = {
  74         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
  75 };
  76
  77 /*
  78  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally freed
  79  * via pagevecs.  But it gets used by networking - and for compound pages.
  80  */
  81 static void __page_cache_release(struct folio *folio)
  82 {
  83         if (folio_test_lru(folio)) {
  84                 struct lruvec *lruvec;
  85                 unsigned long flags;
  86
  87                 lruvec = folio_lruvec_lock_irqsave(folio, &flags);
  88                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
  89                 __folio_clear_lru_flags(folio);
  90                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
  91         }
  92         /* See comment on folio_test_mlocked in release_pages() */
  93         if (unlikely(folio_test_mlocked(folio))) {
  94                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
  95
  96                 __folio_clear_mlocked(folio);
  97                 zone_stat_mod_folio(folio, NR_MLOCK, -nr_pages);
  98                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCLEARED, nr_pages);
  99         }
 100 }
 101
 102 static void __folio_put_small(struct folio *folio)
 103 {
 104         __page_cache_release(folio);
 105         mem_cgroup_uncharge(folio);
 106         free_unref_page(&folio->page, 0);
 107 }
 108
 109 static void __folio_put_large(struct folio *folio)
 110 {
 111         /*
 112          * __page_cache_release() is supposed to be called for thp, not for
 113          * hugetlb. This is because hugetlb page does never have PageLRU set
 114          * (it's never listed to any LRU lists) and no memcg routines should
 115          * be called for hugetlb (it has a separate hugetlb_cgroup.)
 116          */
 117         if (!folio_test_hugetlb(folio))
 118                 __page_cache_release(folio);
 119         destroy_large_folio(folio);
 120 }
 121
 122 void __folio_put(struct folio *folio)
 123 {
 124         if (unlikely(folio_is_zone_device(folio)))
 125                 free_zone_device_page(&folio->page);
 126         else if (unlikely(folio_test_large(folio)))
 127                 __folio_put_large(folio);
 128         else
 129                 __folio_put_small(folio);
 130 }
 131 EXPORT_SYMBOL(__folio_put);
 132
 133 /**
 134  * put_pages_list() - release a list of pages
 135  * @pages: list of pages threaded on page->lru
 136  *
 137  * Release a list of pages which are strung together on page.lru.
 138  */
 139 void put_pages_list(struct list_head *pages)
 140 {
 141         struct folio *folio, *next;
 142
 143         list_for_each_entry_safe(folio, next, pages, lru) {
 144                 if (!folio_put_testzero(folio)) {
 145                         list_del(&folio->lru);
 146                         continue;
 147                 }
 148                 if (folio_test_large(folio)) {
 149                         list_del(&folio->lru);
 150                         __folio_put_large(folio);
 151                         continue;
 152                 }
 153                 /* LRU flag must be clear because it's passed using the lru */
 154         }
 155
 156         free_unref_page_list(pages);
 157         INIT_LIST_HEAD(pages);
 158 }
 159 EXPORT_SYMBOL(put_pages_list);
 160
 161 typedef void (*move_fn_t)(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio);
 162
 163 static void lru_add_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 164 {
 165         int was_unevictable = folio_test_clear_unevictable(folio);
 166         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 167
 168         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 169
 170         /*
 171          * Is an smp_mb__after_atomic() still required here, before
 172          * folio_evictable() tests the mlocked flag, to rule out the possibility
 173          * of stranding an evictable folio on an unevictable LRU?  I think
 174          * not, because __munlock_folio() only clears the mlocked flag
 175          * while the LRU lock is held.
 176          *
 177          * (That is not true of __page_cache_release(), and not necessarily
 178          * true of release_pages(): but those only clear the mlocked flag after
 179          * folio_put_testzero() has excluded any other users of the folio.)
 180          */
 181         if (folio_evictable(folio)) {
 182                 if (was_unevictable)
 183                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, nr_pages);
 184         } else {
 185                 folio_clear_active(folio);
 186                 folio_set_unevictable(folio);
 187                 /*
 188                  * folio->mlock_count = !!folio_test_mlocked(folio)?
 189                  * But that leaves __mlock_folio() in doubt whether another
 190                  * actor has already counted the mlock or not.  Err on the
 191                  * safe side, underestimate, let page reclaim fix it, rather
 192                  * than leaving a page on the unevictable LRU indefinitely.
 193                  */
 194                 folio->mlock_count = 0;
 195                 if (!was_unevictable)
 196                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, nr_pages);
 197         }
 198
 199         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 200         trace_mm_lru_insertion(folio);
 201 }
 202
 203 static void folio_batch_move_lru(struct folio_batch *fbatch, move_fn_t move_fn)
 204 {
 205         int i;
 206         struct lruvec *lruvec = NULL;
 207         unsigned long flags = 0;
 208
 209         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
 210                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
 211
 212                 /* block memcg migration while the folio moves between lru */
 213                 if (move_fn != lru_add_fn && !folio_test_clear_lru(folio))
 214                         continue;
 215
 216                 lruvec = folio_lruvec_relock_irqsave(folio, lruvec, &flags);
 217                 move_fn(lruvec, folio);
 218
 219                 folio_set_lru(folio);
 220         }
 221
 222         if (lruvec)
 223                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 224         folios_put(fbatch->folios, folio_batch_count(fbatch));
 225         folio_batch_reinit(fbatch);
 226 }
 227
 228 static void folio_batch_add_and_move(struct folio_batch *fbatch,
 229                 struct folio *folio, move_fn_t move_fn)
 230 {
 231         if (folio_batch_add(fbatch, folio) && !folio_test_large(folio) &&
 232             !lru_cache_disabled())
 233                 return;
 234         folio_batch_move_lru(fbatch, move_fn);
 235 }
 236
 237 static void lru_move_tail_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 238 {
 239         if (!folio_test_unevictable(folio)) {
 240                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 241                 folio_clear_active(folio);
 242                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
 243                 __count_vm_events(PGROTATED, folio_nr_pages(folio));
 244         }
 245 }
 246
 247 /*
 248  * Writeback is about to end against a folio which has been marked for
 249  * immediate reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it
 250  * to the tail of the inactive list.
 251  *
 252  * folio_rotate_reclaimable() must disable IRQs, to prevent nasty races.
 253  */
 254 void folio_rotate_reclaimable(struct folio *folio)
 255 {
 256         if (!folio_test_locked(folio) && !folio_test_dirty(folio) &&
 257             !folio_test_unevictable(folio) && folio_test_lru(folio)) {
 258                 struct folio_batch *fbatch;
 259                 unsigned long flags;
 260
 261                 folio_get(folio);
 262                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 263                 fbatch = this_cpu_ptr(&lru_rotate.fbatch);
 264                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_move_tail_fn);
 265                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 266         }
 267 }
 268
 269 void lru_note_cost(struct lruvec *lruvec, bool file,
 270                    unsigned int nr_io, unsigned int nr_rotated)
 271 {
 272         unsigned long cost;
 273
 274         /*
 275          * Reflect the relative cost of incurring IO and spending CPU
 276          * time on rotations. This doesn't attempt to make a precise
 277          * comparison, it just says: if reloads are about comparable
 278          * between the LRU lists, or rotations are overwhelmingly
 279          * different between them, adjust scan balance for CPU work.
 280          */
 281         cost = nr_io * SWAP_CLUSTER_MAX + nr_rotated;
 282
 283         do {
 284                 unsigned long lrusize;
 285
 286                 /*
 287                  * Hold lruvec->lru_lock is safe here, since
 288                  * 1) The pinned lruvec in reclaim, or
 289                  * 2) From a pre-LRU page during refault (which also holds the
 290                  *    rcu lock, so would be safe even if the page was on the LRU
 291                  *    and could move simultaneously to a new lruvec).
 292                  */
 293                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
 294                 /* Record cost event */
 295                 if (file)
 296                         lruvec->file_cost += cost;
 297                 else
 298                         lruvec->anon_cost += cost;
 299
 300                 /*
 301                  * Decay previous events
 302                  *
 303                  * Because workloads change over time (and to avoid
 304                  * overflow) we keep these statistics as a floating
 305                  * average, which ends up weighing recent refaults
 306                  * more than old ones.
 307                  */
 308                 lrusize = lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_ANON) +
 309                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_ANON) +
 310                           lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_FILE) +
 311                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_FILE);
 312
 313                 if (lruvec->file_cost + lruvec->anon_cost > lrusize / 4) {
 314                         lruvec->file_cost /= 2;
 315                         lruvec->anon_cost /= 2;
 316                 }
 317                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
 318         } while ((lruvec = parent_lruvec(lruvec)));
 319 }
 320
 321 void lru_note_cost_refault(struct folio *folio)
 322 {
 323         lru_note_cost(folio_lruvec(folio), folio_is_file_lru(folio),
 324                       folio_nr_pages(folio), 0);
 325 }
 326
 327 static void folio_activate_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 328 {
 329         if (!folio_test_active(folio) && !folio_test_unevictable(folio)) {
 330                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 331
 332                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 333                 folio_set_active(folio);
 334                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 335                 trace_mm_lru_activate(folio);
 336
 337                 __count_vm_events(PGACTIVATE, nr_pages);
 338                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGACTIVATE,
 339                                      nr_pages);
 340         }
 341 }
 342
 343 #ifdef CONFIG_SMP
 344 static void folio_activate_drain(int cpu)
 345 {
 346         struct folio_batch *fbatch = &per_cpu(cpu_fbatches.activate, cpu);
 347
 348         if (folio_batch_count(fbatch))
 349                 folio_batch_move_lru(fbatch, folio_activate_fn);
 350 }
 351
 352 void folio_activate(struct folio *folio)
 353 {
 354         if (folio_test_lru(folio) && !folio_test_active(folio) &&
 355             !folio_test_unevictable(folio)) {
 356                 struct folio_batch *fbatch;
 357
 358                 folio_get(folio);
 359                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 360                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.activate);
 361                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, folio_activate_fn);
 362                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 363         }
 364 }
 365
 366 #else
 367 static inline void folio_activate_drain(int cpu)
 368 {
 369 }
 370
 371 void folio_activate(struct folio *folio)
 372 {
 373         struct lruvec *lruvec;
 374
 375         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
 376                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
 377                 folio_activate_fn(lruvec, folio);
 378                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
 379                 folio_set_lru(folio);
 380         }
 381 }
 382 #endif
 383
 384 static void __lru_cache_activate_folio(struct folio *folio)
 385 {
 386         struct folio_batch *fbatch;
 387         int i;
 388
 389         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 390         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_add);
 391
 392         /*
 393          * Search backwards on the optimistic assumption that the folio being
 394          * activated has just been added to this batch. Note that only
 395          * the local batch is examined as a !LRU folio could be in the
 396          * process of being released, reclaimed, migrated or on a remote
 397          * batch that is currently being drained. Furthermore, marking
 398          * a remote batch's folio active potentially hits a race where
 399          * a folio is marked active just after it is added to the inactive
 400          * list causing accounting errors and BUG_ON checks to trigger.
 401          */
 402         for (i = folio_batch_count(fbatch) - 1; i >= 0; i--) {
 403                 struct folio *batch_folio = fbatch->folios[i];
 404
 405                 if (batch_folio == folio) {
 406                         folio_set_active(folio);
 407                         break;
 408                 }
 409         }
 410
 411         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 412 }
 413
 414 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
 415 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 416 {
 417         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
 418
 419         if (folio_test_unevictable(folio))
 420                 return;
 421
 422         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 423                 folio_set_referenced(folio);
 424                 return;
 425         }
 426
 427         if (!folio_test_workingset(folio)) {
 428                 folio_set_workingset(folio);
 429                 return;
 430         }
 431
 432         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
 433         do {
 434                 new_flags = old_flags & LRU_REFS_MASK;
 435                 if (new_flags == LRU_REFS_MASK)
 436                         break;
 437
 438                 new_flags += BIT(LRU_REFS_PGOFF);
 439                 new_flags |= old_flags & ~LRU_REFS_MASK;
 440         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
 441 }
 442 #else
 443 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 444 {
 445 }
 446 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
 447
 448 /*
 449  * Mark a page as having seen activity.
 450  *
 451  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 452  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 453  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 454  *
 455  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 456  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 457  */
 458 void folio_mark_accessed(struct folio *folio)
 459 {
 460         if (lru_gen_enabled()) {
 461                 folio_inc_refs(folio);
 462                 return;
 463         }
 464
 465         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 466                 folio_set_referenced(folio);
 467         } else if (folio_test_unevictable(folio)) {
 468                 /*
 469                  * Unevictable pages are on the "LRU_UNEVICTABLE" list. But,
 470                  * this list is never rotated or maintained, so marking an
 471                  * unevictable page accessed has no effect.
 472                  */
 473         } else if (!folio_test_active(folio)) {
 474                 /*
 475                  * If the folio is on the LRU, queue it for activation via
 476                  * cpu_fbatches.activate. Otherwise, assume the folio is in a
 477                  * folio_batch, mark it active and it'll be moved to the active
 478                  * LRU on the next drain.
 479                  */
 480                 if (folio_test_lru(folio))
 481                         folio_activate(folio);
 482                 else
 483                         __lru_cache_activate_folio(folio);
 484                 folio_clear_referenced(folio);
 485                 workingset_activation(folio);
 486         }
 487         if (folio_test_idle(folio))
 488                 folio_clear_idle(folio);
 489 }
 490 EXPORT_SYMBOL(folio_mark_accessed);
 491
 492 /**
 493  * folio_add_lru - Add a folio to an LRU list.
 494  * @folio: The folio to be added to the LRU.
 495  *
 496  * Queue the folio for addition to the LRU. The decision on whether
 497  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 498  * folio_batch is drained. This gives a chance for the caller of folio_add_lru()
 499  * have the folio added to the active list using folio_mark_accessed().
 500  */
 501 void folio_add_lru(struct folio *folio)
 502 {
 503         struct folio_batch *fbatch;
 504
 505         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio) &&
 506                         folio_test_unevictable(folio), folio);
 507         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 508
 509         /* see the comment in lru_gen_add_folio() */
 510         if (lru_gen_enabled() && !folio_test_unevictable(folio) &&
 511             lru_gen_in_fault() && !(current->flags & PF_MEMALLOC))
 512                 folio_set_active(folio);
 513
 514         folio_get(folio);
 515         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 516         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_add);
 517         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_add_fn);
 518         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 519 }
 520 EXPORT_SYMBOL(folio_add_lru);
 521
 522 /**
 523  * folio_add_lru_vma() - Add a folio to the appropate LRU list for this VMA.
 524  * @folio: The folio to be added to the LRU.
 525  * @vma: VMA in which the folio is mapped.
 526  *
 527  * If the VMA is mlocked, @folio is added to the unevictable list.
 528  * Otherwise, it is treated the same way as folio_add_lru().
 529  */
 530 void folio_add_lru_vma(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma)
 531 {
 532         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 533
 534         if (unlikely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) == VM_LOCKED))
 535                 mlock_new_folio(folio);
 536         else
 537                 folio_add_lru(folio);
 538 }
 539
 540 /*
 541  * If the folio cannot be invalidated, it is moved to the
 542  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 543  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 544  * threads some time to write it out, as this is much more
 545  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 546  *
 547  * If the folio isn't mapped and dirty/writeback, the folio
 548  * could be reclaimed asap using the reclaim flag.
 549  *
 550  * 1. active, mapped folio -> none
 551  * 2. active, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 552  * 3. inactive, mapped folio -> none
 553  * 4. inactive, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 554  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 555  * 6. Others -> none
 556  *
 557  * In 4, it moves to the head of the inactive list so the folio is
 558  * written out by flusher threads as this is much more efficient
 559  * than the single-page writeout from reclaim.
 560  */
 561 static void lru_deactivate_file_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 562 {
 563         bool active = folio_test_active(folio);
 564         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 565
 566         if (folio_test_unevictable(folio))
 567                 return;
 568
 569         /* Some processes are using the folio */
 570         if (folio_mapped(folio))
 571                 return;
 572
 573         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 574         folio_clear_active(folio);
 575         folio_clear_referenced(folio);
 576
 577         if (folio_test_writeback(folio) || folio_test_dirty(folio)) {
 578                 /*
 579                  * Setting the reclaim flag could race with
 580                  * folio_end_writeback() and confuse readahead.  But the
 581                  * race window is _really_ small and  it's not a critical
 582                  * problem.
 583                  */
 584                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 585                 folio_set_reclaim(folio);
 586         } else {
 587                 /*
 588                  * The folio's writeback ended while it was in the batch.
 589                  * We move that folio to the tail of the inactive list.
 590                  */
 591                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
 592                 __count_vm_events(PGROTATED, nr_pages);
 593         }
 594
 595         if (active) {
 596                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 597                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 598                                      nr_pages);
 599         }
 600 }
 601
 602 static void lru_deactivate_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 603 {
 604         if (!folio_test_unevictable(folio) && (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 605                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 606
 607                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 608                 folio_clear_active(folio);
 609                 folio_clear_referenced(folio);
 610                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 611
 612                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 613                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 614                                      nr_pages);
 615         }
 616 }
 617
 618 static void lru_lazyfree_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 619 {
 620         if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
 621             !folio_test_swapcache(folio) && !folio_test_unevictable(folio)) {
 622                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 623
 624                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 625                 folio_clear_active(folio);
 626                 folio_clear_referenced(folio);
 627                 /*
 628                  * Lazyfree folios are clean anonymous folios.  They have
 629                  * the swapbacked flag cleared, to distinguish them from normal
 630                  * anonymous folios
 631                  */
 632                 folio_clear_swapbacked(folio);
 633                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 634
 635                 __count_vm_events(PGLAZYFREE, nr_pages);
 636                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGLAZYFREE,
 637                                      nr_pages);
 638         }
 639 }
 640
 641 /*
 642  * Drain pages out of the cpu's folio_batch.
 643  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 644  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 645  */
 646 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 647 {
 648         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 649         struct folio_batch *fbatch = &fbatches->lru_add;
 650
 651         if (folio_batch_count(fbatch))
 652                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_add_fn);
 653
 654         fbatch = &per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu);
 655         /* Disabling interrupts below acts as a compiler barrier. */
 656         if (data_race(folio_batch_count(fbatch))) {
 657                 unsigned long flags;
 658
 659                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 660                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 661                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_move_tail_fn);
 662                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 663         }
 664
 665         fbatch = &fbatches->lru_deactivate_file;
 666         if (folio_batch_count(fbatch))
 667                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_file_fn);
 668
 669         fbatch = &fbatches->lru_deactivate;
 670         if (folio_batch_count(fbatch))
 671                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_fn);
 672
 673         fbatch = &fbatches->lru_lazyfree;
 674         if (folio_batch_count(fbatch))
 675                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_lazyfree_fn);
 676
 677         folio_activate_drain(cpu);
 678 }
 679
 680 /**
 681  * deactivate_file_folio() - Deactivate a file folio.
 682  * @folio: Folio to deactivate.
 683  *
 684  * This function hints to the VM that @folio is a good reclaim candidate,
 685  * for example if its invalidation fails due to the folio being dirty
 686  * or under writeback.
 687  *
 688  * Context: Caller holds a reference on the folio.
 689  */
 690 void deactivate_file_folio(struct folio *folio)
 691 {
 692         struct folio_batch *fbatch;
 693
 694         /* Deactivating an unevictable folio will not accelerate reclaim */
 695         if (folio_test_unevictable(folio))
 696                 return;
 697
 698         folio_get(folio);
 699         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 700         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate_file);
 701         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_file_fn);
 702         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 703 }
 704
 705 /*
 706  * folio_deactivate - deactivate a folio
 707  * @folio: folio to deactivate
 708  *
 709  * folio_deactivate() moves @folio to the inactive list if @folio was on the
 710  * active list and was not unevictable. This is done to accelerate the
 711  * reclaim of @folio.
 712  */
 713 void folio_deactivate(struct folio *folio)
 714 {
 715         if (folio_test_lru(folio) && !folio_test_unevictable(folio) &&
 716             (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 717                 struct folio_batch *fbatch;
 718
 719                 folio_get(folio);
 720                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 721                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate);
 722                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_fn);
 723                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 724         }
 725 }
 726
 727 /**
 728  * folio_mark_lazyfree - make an anon folio lazyfree
 729  * @folio: folio to deactivate
 730  *
 731  * folio_mark_lazyfree() moves @folio to the inactive file list.
 732  * This is done to accelerate the reclaim of @folio.
 733  */
 734 void folio_mark_lazyfree(struct folio *folio)
 735 {
 736         if (folio_test_lru(folio) && folio_test_anon(folio) &&
 737             folio_test_swapbacked(folio) && !folio_test_swapcache(folio) &&
 738             !folio_test_unevictable(folio)) {
 739                 struct folio_batch *fbatch;
 740
 741                 folio_get(folio);
 742                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 743                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_lazyfree);
 744                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_lazyfree_fn);
 745                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 746         }
 747 }
 748
 749 void lru_add_drain(void)
 750 {
 751         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 752         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 753         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 754         mlock_drain_local();
 755 }
 756
 757 /*
 758  * It's called from per-cpu workqueue context in SMP case so
 759  * lru_add_drain_cpu and invalidate_bh_lrus_cpu should run on
 760  * the same cpu. It shouldn't be a problem in !SMP case since
 761  * the core is only one and the locks will disable preemption.
 762  */
 763 static void lru_add_and_bh_lrus_drain(void)
 764 {
 765         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 766         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 767         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 768         invalidate_bh_lrus_cpu();
 769         mlock_drain_local();
 770 }
 771
 772 void lru_add_drain_cpu_zone(struct zone *zone)
 773 {
 774         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 775         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 776         drain_local_pages(zone);
 777         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 778         mlock_drain_local();
 779 }
 780
 781 #ifdef CONFIG_SMP
 782
 783 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 784
 785 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 786 {
 787         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 788 }
 789
 790 static bool cpu_needs_drain(unsigned int cpu)
 791 {
 792         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 793
 794         /* Check these in order of likelihood that they're not zero */
 795         return folio_batch_count(&fbatches->lru_add) ||
 796                 data_race(folio_batch_count(&per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu))) ||
 797                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate_file) ||
 798                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate) ||
 799                 folio_batch_count(&fbatches->lru_lazyfree) ||
 800                 folio_batch_count(&fbatches->activate) ||
 801                 need_mlock_drain(cpu) ||
 802                 has_bh_in_lru(cpu, NULL);
 803 }
 804
 805 /*
 806  * Doesn't need any cpu hotplug locking because we do rely on per-cpu
 807  * kworkers being shut down before our page_alloc_cpu_dead callback is
 808  * executed on the offlined cpu.
 809  * Calling this function with cpu hotplug locks held can actually lead
 810  * to obscure indirect dependencies via WQ context.
 811  */
 812 static inline void __lru_add_drain_all(bool force_all_cpus)
 813 {
 814         /*
 815          * lru_drain_gen - Global pages generation number
 816          *
 817          * (A) Definition: global lru_drain_gen = x implies that all generations
 818          *     0 < n <= x are already *scheduled* for draining.
 819          *
 820          * This is an optimization for the highly-contended use case where a
 821          * user space workload keeps constantly generating a flow of pages for
 822          * each CPU.
 823          */
 824         static unsigned int lru_drain_gen;
 825         static struct cpumask has_work;
 826         static DEFINE_MUTEX(lock);
 827         unsigned cpu, this_gen;
 828
 829         /*
 830          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
 831          * initialized.
 832          */
 833         if (WARN_ON(!mm_percpu_wq))
 834                 return;
 835
 836         /*
 837          * Guarantee folio_batch counter stores visible by this CPU
 838          * are visible to other CPUs before loading the current drain
 839          * generation.
 840          */
 841         smp_mb();
 842
 843         /*
 844          * (B) Locally cache global LRU draining generation number
 845          *
 846          * The read barrier ensures that the counter is loaded before the mutex
 847          * is taken. It pairs with smp_mb() inside the mutex critical section
 848          * at (D).
 849          */
 850         this_gen = smp_load_acquire(&lru_drain_gen);
 851
 852         mutex_lock(&lock);
 853
 854         /*
 855          * (C) Exit the draining operation if a newer generation, from another
 856          * lru_add_drain_all(), was already scheduled for draining. Check (A).
 857          */
 858         if (unlikely(this_gen != lru_drain_gen && !force_all_cpus))
 859                 goto done;
 860
 861         /*
 862          * (D) Increment global generation number
 863          *
 864          * Pairs with smp_load_acquire() at (B), outside of the critical
 865          * section. Use a full memory barrier to guarantee that the
 866          * new global drain generation number is stored before loading
 867          * folio_batch counters.
 868          *
 869          * This pairing must be done here, before the for_each_online_cpu loop
 870          * below which drains the page vectors.
 871          *
 872          * Let x, y, and z represent some system CPU numbers, where x < y < z.
 873          * Assume CPU #z is in the middle of the for_each_online_cpu loop
 874          * below and has already reached CPU #y's per-cpu data. CPU #x comes
 875          * along, adds some pages to its per-cpu vectors, then calls
 876          * lru_add_drain_all().
 877          *
 878          * If the paired barrier is done at any later step, e.g. after the
 879          * loop, CPU #x will just exit at (C) and miss flushing out all of its
 880          * added pages.
 881          */
 882         WRITE_ONCE(lru_drain_gen, lru_drain_gen + 1);
 883         smp_mb();
 884
 885         cpumask_clear(&has_work);
 886         for_each_online_cpu(cpu) {
 887                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 888
 889                 if (cpu_needs_drain(cpu)) {
 890                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 891                         queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
 892                         __cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 893                 }
 894         }
 895
 896         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 897                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 898
 899 done:
 900         mutex_unlock(&lock);
 901 }
 902
 903 void lru_add_drain_all(void)
 904 {
 905         __lru_add_drain_all(false);
 906 }
 907 #else
 908 void lru_add_drain_all(void)
 909 {
 910         lru_add_drain();
 911 }
 912 #endif /* CONFIG_SMP */
 913
 914 atomic_t lru_disable_count = ATOMIC_INIT(0);
 915
 916 /*
 917  * lru_cache_disable() needs to be called before we start compiling
 918  * a list of pages to be migrated using isolate_lru_page().
 919  * It drains pages on LRU cache and then disable on all cpus until
 920  * lru_cache_enable is called.
 921  *
 922  * Must be paired with a call to lru_cache_enable().
 923  */
 924 void lru_cache_disable(void)
 925 {
 926         atomic_inc(&lru_disable_count);
 927         /*
 928          * Readers of lru_disable_count are protected by either disabling
 929          * preemption or rcu_read_lock:
 930          *
 931          * preempt_disable, local_irq_disable  [bh_lru_lock()]
 932          * rcu_read_lock                       [rt_spin_lock CONFIG_PREEMPT_RT]
 933          * preempt_disable                     [local_lock !CONFIG_PREEMPT_RT]
 934          *
 935          * Since v5.1 kernel, synchronize_rcu() is guaranteed to wait on
 936          * preempt_disable() regions of code. So any CPU which sees
 937          * lru_disable_count = 0 will have exited the critical
 938          * section when synchronize_rcu() returns.
 939          */
 940         synchronize_rcu_expedited();
 941 #ifdef CONFIG_SMP
 942         __lru_add_drain_all(true);
 943 #else
 944         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 945 #endif
 946 }
 947
 948 /**
 949  * release_pages - batched put_page()
 950  * @arg: array of pages to release
 951  * @nr: number of pages
 952  *
 953  * Decrement the reference count on all the pages in @arg.  If it
 954  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 955  *
 956  * Note that the argument can be an array of pages, encoded pages,
 957  * or folio pointers. We ignore any encoded bits, and turn any of
 958  * them into just a folio that gets free'd.
 959  */
 960 void release_pages(release_pages_arg arg, int nr)
 961 {
 962         int i;
 963         struct encoded_page **encoded = arg.encoded_pages;
 964         LIST_HEAD(pages_to_free);
 965         struct lruvec *lruvec = NULL;
 966         unsigned long flags = 0;
 967         unsigned int lock_batch;
 968
 969         for (i = 0; i < nr; i++) {
 970                 struct folio *folio;
 971
 972                 /* Turn any of the argument types into a folio */
 973                 folio = page_folio(encoded_page_ptr(encoded[i]));
 974
 975                 /*
 976                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
 977                  * excessive with a continuous string of pages from the
 978                  * same lruvec. The lock is held only if lruvec != NULL.
 979                  */
 980                 if (lruvec && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
 981                         unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 982                         lruvec = NULL;
 983                 }
 984
 985                 if (is_huge_zero_page(&folio->page))
 986                         continue;
 987
 988                 if (folio_is_zone_device(folio)) {
 989                         if (lruvec) {
 990                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 991                                 lruvec = NULL;
 992                         }
 993                         if (put_devmap_managed_page(&folio->page))
 994                                 continue;
 995                         if (folio_put_testzero(folio))
 996                                 free_zone_device_page(&folio->page);
 997                         continue;
 998                 }
 999
1000                 if (!folio_put_testzero(folio))
1001                         continue;
1002
1003                 if (folio_test_large(folio)) {
1004                         if (lruvec) {
1005                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1006                                 lruvec = NULL;
1007                         }
1008                         __folio_put_large(folio);
1009                         continue;
1010                 }
1011
1012                 if (folio_test_lru(folio)) {
1013                         struct lruvec *prev_lruvec = lruvec;
1014
1015                         lruvec = folio_lruvec_relock_irqsave(folio, lruvec,
1016                                                                         &flags);
1017                         if (prev_lruvec != lruvec)
1018                                 lock_batch = 0;
1019
1020                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
1021                         __folio_clear_lru_flags(folio);
1022                 }
1023
1024                 /*
1025                  * In rare cases, when truncation or holepunching raced with
1026                  * munlock after VM_LOCKED was cleared, Mlocked may still be
1027                  * found set here.  This does not indicate a problem, unless
1028                  * "unevictable_pgs_cleared" appears worryingly large.
1029                  */
1030                 if (unlikely(folio_test_mlocked(folio))) {
1031                         __folio_clear_mlocked(folio);
1032                         zone_stat_sub_folio(folio, NR_MLOCK);
1033                         count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCLEARED);
1034                 }
1035
1036                 list_add(&folio->lru, &pages_to_free);
1037         }
1038         if (lruvec)
1039                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1040
1041         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
1042         free_unref_page_list(&pages_to_free);
1043 }
1044 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
1045
1046 /*
1047  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
1048  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
1049  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
1050  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
1051  *
1052  * So __pagevec_release() will drain those queues here.
1053  * folio_batch_move_lru() calls folios_put() directly to avoid
1054  * mutual recursion.
1055  */
1056 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
1057 {
1058         if (!pvec->percpu_pvec_drained) {
1059                 lru_add_drain();
1060                 pvec->percpu_pvec_drained = true;
1061         }
1062         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec));
1063         pagevec_reinit(pvec);
1064 }
1065 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
1066
1067 /**
1068  * folio_batch_remove_exceptionals() - Prune non-folios from a batch.
1069  * @fbatch: The batch to prune
1070  *
1071  * find_get_entries() fills a batch with both folios and shadow/swap/DAX
1072  * entries.  This function prunes all the non-folio entries from @fbatch
1073  * without leaving holes, so that it can be passed on to folio-only batch
1074  * operations.
1075  */
1076 void folio_batch_remove_exceptionals(struct folio_batch *fbatch)
1077 {
1078         unsigned int i, j;
1079
1080         for (i = 0, j = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
1081                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
1082                 if (!xa_is_value(folio))
1083                         fbatch->folios[j++] = folio;
1084         }
1085         fbatch->nr = j;
1086 }
1087
1088 /*
1089  * Perform any setup for the swap system
1090  */
1091 void __init swap_setup(void)
1092 {
1093         unsigned long megs = totalram_pages() >> (20 - PAGE_SHIFT);
1094
1095         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1096         if (megs < 16)
1097                 page_cluster = 2;
1098         else
1099                 page_cluster = 3;
1100         /*
1101          * Right now other parts of the system means that we
1102          * _really_ don't want to cluster much more
1103          */
1104 }