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