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 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 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 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
 432 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 433 {
 434         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
 435
 436         if (folio_test_unevictable(folio))
 437                 return;
 438
 439         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 440                 folio_set_referenced(folio);
 441                 return;
 442         }
 443
 444         if (!folio_test_workingset(folio)) {
 445                 folio_set_workingset(folio);
 446                 return;
 447         }
 448
 449         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
 450         do {
 451                 new_flags = old_flags & LRU_REFS_MASK;
 452                 if (new_flags == LRU_REFS_MASK)
 453                         break;
 454
 455                 new_flags += BIT(LRU_REFS_PGOFF);
 456                 new_flags |= old_flags & ~LRU_REFS_MASK;
 457         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
 458 }
 459 #else
 460 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 461 {
 462 }
 463 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
 464
 465 /*
 466  * Mark a page as having seen activity.
 467  *
 468  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 469  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 470  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 471  *
 472  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 473  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 474  */
 475 void folio_mark_accessed(struct folio *folio)
 476 {
 477         if (lru_gen_enabled()) {
 478                 folio_inc_refs(folio);
 479                 return;
 480         }
 481
 482         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 483                 folio_set_referenced(folio);
 484         } else if (folio_test_unevictable(folio)) {
 485                 /*
 486                  * Unevictable pages are on the "LRU_UNEVICTABLE" list. But,
 487                  * this list is never rotated or maintained, so marking an
 488                  * unevictable page accessed has no effect.
 489                  */
 490         } else if (!folio_test_active(folio)) {
 491                 /*
 492                  * If the folio is on the LRU, queue it for activation via
 493                  * cpu_fbatches.activate. Otherwise, assume the folio is in a
 494                  * folio_batch, mark it active and it'll be moved to the active
 495                  * LRU on the next drain.
 496                  */
 497                 if (folio_test_lru(folio))
 498                         folio_activate(folio);
 499                 else
 500                         __lru_cache_activate_folio(folio);
 501                 folio_clear_referenced(folio);
 502                 workingset_activation(folio);
 503         }
 504         if (folio_test_idle(folio))
 505                 folio_clear_idle(folio);
 506 }
 507 EXPORT_SYMBOL(folio_mark_accessed);
 508
 509 /**
 510  * folio_add_lru - Add a folio to an LRU list.
 511  * @folio: The folio to be added to the LRU.
 512  *
 513  * Queue the folio for addition to the LRU. The decision on whether
 514  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 515  * folio_batch is drained. This gives a chance for the caller of folio_add_lru()
 516  * have the folio added to the active list using folio_mark_accessed().
 517  */
 518 void folio_add_lru(struct folio *folio)
 519 {
 520         struct folio_batch *fbatch;
 521
 522         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio) &&
 523                         folio_test_unevictable(folio), folio);
 524         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 525
 526         /* see the comment in lru_gen_add_folio() */
 527         if (lru_gen_enabled() && !folio_test_unevictable(folio) &&
 528             lru_gen_in_fault() && !(current->flags & PF_MEMALLOC))
 529                 folio_set_active(folio);
 530
 531         folio_get(folio);
 532         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 533         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_add);
 534         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_add_fn);
 535         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 536 }
 537 EXPORT_SYMBOL(folio_add_lru);
 538
 539 /**
 540  * lru_cache_add_inactive_or_unevictable
 541  * @page:  the page to be added to LRU
 542  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
 543  *
 544  * Place @page on the inactive or unevictable LRU list, depending on its
 545  * evictability.
 546  */
 547 void lru_cache_add_inactive_or_unevictable(struct page *page,
 548                                          struct vm_area_struct *vma)
 549 {
 550         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 551
 552         if (unlikely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) == VM_LOCKED))
 553                 mlock_new_page(page);
 554         else
 555                 lru_cache_add(page);
 556 }
 557
 558 /*
 559  * If the folio cannot be invalidated, it is moved to the
 560  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 561  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 562  * threads some time to write it out, as this is much more
 563  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 564  *
 565  * If the folio isn't mapped and dirty/writeback, the folio
 566  * could be reclaimed asap using the reclaim flag.
 567  *
 568  * 1. active, mapped folio -> none
 569  * 2. active, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 570  * 3. inactive, mapped folio -> none
 571  * 4. inactive, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 572  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 573  * 6. Others -> none
 574  *
 575  * In 4, it moves to the head of the inactive list so the folio is
 576  * written out by flusher threads as this is much more efficient
 577  * than the single-page writeout from reclaim.
 578  */
 579 static void lru_deactivate_file_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 580 {
 581         bool active = folio_test_active(folio);
 582         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 583
 584         if (folio_test_unevictable(folio))
 585                 return;
 586
 587         /* Some processes are using the folio */
 588         if (folio_mapped(folio))
 589                 return;
 590
 591         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 592         folio_clear_active(folio);
 593         folio_clear_referenced(folio);
 594
 595         if (folio_test_writeback(folio) || folio_test_dirty(folio)) {
 596                 /*
 597                  * Setting the reclaim flag could race with
 598                  * folio_end_writeback() and confuse readahead.  But the
 599                  * race window is _really_ small and  it's not a critical
 600                  * problem.
 601                  */
 602                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 603                 folio_set_reclaim(folio);
 604         } else {
 605                 /*
 606                  * The folio's writeback ended while it was in the batch.
 607                  * We move that folio to the tail of the inactive list.
 608                  */
 609                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
 610                 __count_vm_events(PGROTATED, nr_pages);
 611         }
 612
 613         if (active) {
 614                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 615                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 616                                      nr_pages);
 617         }
 618 }
 619
 620 static void lru_deactivate_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 621 {
 622         if (!folio_test_unevictable(folio) && (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 623                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 624
 625                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 626                 folio_clear_active(folio);
 627                 folio_clear_referenced(folio);
 628                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 629
 630                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 631                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 632                                      nr_pages);
 633         }
 634 }
 635
 636 static void lru_lazyfree_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 637 {
 638         if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
 639             !folio_test_swapcache(folio) && !folio_test_unevictable(folio)) {
 640                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 641
 642                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 643                 folio_clear_active(folio);
 644                 folio_clear_referenced(folio);
 645                 /*
 646                  * Lazyfree folios are clean anonymous folios.  They have
 647                  * the swapbacked flag cleared, to distinguish them from normal
 648                  * anonymous folios
 649                  */
 650                 folio_clear_swapbacked(folio);
 651                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 652
 653                 __count_vm_events(PGLAZYFREE, nr_pages);
 654                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGLAZYFREE,
 655                                      nr_pages);
 656         }
 657 }
 658
 659 /*
 660  * Drain pages out of the cpu's folio_batch.
 661  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 662  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 663  */
 664 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 665 {
 666         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 667         struct folio_batch *fbatch = &fbatches->lru_add;
 668
 669         if (folio_batch_count(fbatch))
 670                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_add_fn);
 671
 672         fbatch = &per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu);
 673         /* Disabling interrupts below acts as a compiler barrier. */
 674         if (data_race(folio_batch_count(fbatch))) {
 675                 unsigned long flags;
 676
 677                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 678                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 679                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_move_tail_fn);
 680                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 681         }
 682
 683         fbatch = &fbatches->lru_deactivate_file;
 684         if (folio_batch_count(fbatch))
 685                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_file_fn);
 686
 687         fbatch = &fbatches->lru_deactivate;
 688         if (folio_batch_count(fbatch))
 689                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_fn);
 690
 691         fbatch = &fbatches->lru_lazyfree;
 692         if (folio_batch_count(fbatch))
 693                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_lazyfree_fn);
 694
 695         folio_activate_drain(cpu);
 696 }
 697
 698 /**
 699  * deactivate_file_folio() - Deactivate a file folio.
 700  * @folio: Folio to deactivate.
 701  *
 702  * This function hints to the VM that @folio is a good reclaim candidate,
 703  * for example if its invalidation fails due to the folio being dirty
 704  * or under writeback.
 705  *
 706  * Context: Caller holds a reference on the folio.
 707  */
 708 void deactivate_file_folio(struct folio *folio)
 709 {
 710         struct folio_batch *fbatch;
 711
 712         /* Deactivating an unevictable folio will not accelerate reclaim */
 713         if (folio_test_unevictable(folio))
 714                 return;
 715
 716         folio_get(folio);
 717         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 718         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate_file);
 719         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_file_fn);
 720         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 721 }
 722
 723 /*
 724  * deactivate_page - deactivate a page
 725  * @page: page to deactivate
 726  *
 727  * deactivate_page() moves @page to the inactive list if @page was on the active
 728  * list and was not an unevictable page.  This is done to accelerate the reclaim
 729  * of @page.
 730  */
 731 void deactivate_page(struct page *page)
 732 {
 733         struct folio *folio = page_folio(page);
 734
 735         if (folio_test_lru(folio) && !folio_test_unevictable(folio) &&
 736             (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 737                 struct folio_batch *fbatch;
 738
 739                 folio_get(folio);
 740                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 741                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate);
 742                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_fn);
 743                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 744         }
 745 }
 746
 747 /**
 748  * mark_page_lazyfree - make an anon page lazyfree
 749  * @page: page to deactivate
 750  *
 751  * mark_page_lazyfree() moves @page to the inactive file list.
 752  * This is done to accelerate the reclaim of @page.
 753  */
 754 void mark_page_lazyfree(struct page *page)
 755 {
 756         struct folio *folio = page_folio(page);
 757
 758         if (folio_test_lru(folio) && folio_test_anon(folio) &&
 759             folio_test_swapbacked(folio) && !folio_test_swapcache(folio) &&
 760             !folio_test_unevictable(folio)) {
 761                 struct folio_batch *fbatch;
 762
 763                 folio_get(folio);
 764                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 765                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_lazyfree);
 766                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_lazyfree_fn);
 767                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 768         }
 769 }
 770
 771 void lru_add_drain(void)
 772 {
 773         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 774         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 775         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 776         mlock_page_drain_local();
 777 }
 778
 779 /*
 780  * It's called from per-cpu workqueue context in SMP case so
 781  * lru_add_drain_cpu and invalidate_bh_lrus_cpu should run on
 782  * the same cpu. It shouldn't be a problem in !SMP case since
 783  * the core is only one and the locks will disable preemption.
 784  */
 785 static void lru_add_and_bh_lrus_drain(void)
 786 {
 787         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 788         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 789         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 790         invalidate_bh_lrus_cpu();
 791         mlock_page_drain_local();
 792 }
 793
 794 void lru_add_drain_cpu_zone(struct zone *zone)
 795 {
 796         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 797         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 798         drain_local_pages(zone);
 799         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 800         mlock_page_drain_local();
 801 }
 802
 803 #ifdef CONFIG_SMP
 804
 805 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 806
 807 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 808 {
 809         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 810 }
 811
 812 static bool cpu_needs_drain(unsigned int cpu)
 813 {
 814         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 815
 816         /* Check these in order of likelihood that they're not zero */
 817         return folio_batch_count(&fbatches->lru_add) ||
 818                 data_race(folio_batch_count(&per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu))) ||
 819                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate_file) ||
 820                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate) ||
 821                 folio_batch_count(&fbatches->lru_lazyfree) ||
 822                 folio_batch_count(&fbatches->activate) ||
 823                 need_mlock_page_drain(cpu) ||
 824                 has_bh_in_lru(cpu, NULL);
 825 }
 826
 827 /*
 828  * Doesn't need any cpu hotplug locking because we do rely on per-cpu
 829  * kworkers being shut down before our page_alloc_cpu_dead callback is
 830  * executed on the offlined cpu.
 831  * Calling this function with cpu hotplug locks held can actually lead
 832  * to obscure indirect dependencies via WQ context.
 833  */
 834 static inline void __lru_add_drain_all(bool force_all_cpus)
 835 {
 836         /*
 837          * lru_drain_gen - Global pages generation number
 838          *
 839          * (A) Definition: global lru_drain_gen = x implies that all generations
 840          *     0 < n <= x are already *scheduled* for draining.
 841          *
 842          * This is an optimization for the highly-contended use case where a
 843          * user space workload keeps constantly generating a flow of pages for
 844          * each CPU.
 845          */
 846         static unsigned int lru_drain_gen;
 847         static struct cpumask has_work;
 848         static DEFINE_MUTEX(lock);
 849         unsigned cpu, this_gen;
 850
 851         /*
 852          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
 853          * initialized.
 854          */
 855         if (WARN_ON(!mm_percpu_wq))
 856                 return;
 857
 858         /*
 859          * Guarantee folio_batch counter stores visible by this CPU
 860          * are visible to other CPUs before loading the current drain
 861          * generation.
 862          */
 863         smp_mb();
 864
 865         /*
 866          * (B) Locally cache global LRU draining generation number
 867          *
 868          * The read barrier ensures that the counter is loaded before the mutex
 869          * is taken. It pairs with smp_mb() inside the mutex critical section
 870          * at (D).
 871          */
 872         this_gen = smp_load_acquire(&lru_drain_gen);
 873
 874         mutex_lock(&lock);
 875
 876         /*
 877          * (C) Exit the draining operation if a newer generation, from another
 878          * lru_add_drain_all(), was already scheduled for draining. Check (A).
 879          */
 880         if (unlikely(this_gen != lru_drain_gen && !force_all_cpus))
 881                 goto done;
 882
 883         /*
 884          * (D) Increment global generation number
 885          *
 886          * Pairs with smp_load_acquire() at (B), outside of the critical
 887          * section. Use a full memory barrier to guarantee that the
 888          * new global drain generation number is stored before loading
 889          * folio_batch counters.
 890          *
 891          * This pairing must be done here, before the for_each_online_cpu loop
 892          * below which drains the page vectors.
 893          *
 894          * Let x, y, and z represent some system CPU numbers, where x < y < z.
 895          * Assume CPU #z is in the middle of the for_each_online_cpu loop
 896          * below and has already reached CPU #y's per-cpu data. CPU #x comes
 897          * along, adds some pages to its per-cpu vectors, then calls
 898          * lru_add_drain_all().
 899          *
 900          * If the paired barrier is done at any later step, e.g. after the
 901          * loop, CPU #x will just exit at (C) and miss flushing out all of its
 902          * added pages.
 903          */
 904         WRITE_ONCE(lru_drain_gen, lru_drain_gen + 1);
 905         smp_mb();
 906
 907         cpumask_clear(&has_work);
 908         for_each_online_cpu(cpu) {
 909                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 910
 911                 if (cpu_needs_drain(cpu)) {
 912                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 913                         queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
 914                         __cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 915                 }
 916         }
 917
 918         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 919                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 920
 921 done:
 922         mutex_unlock(&lock);
 923 }
 924
 925 void lru_add_drain_all(void)
 926 {
 927         __lru_add_drain_all(false);
 928 }
 929 #else
 930 void lru_add_drain_all(void)
 931 {
 932         lru_add_drain();
 933 }
 934 #endif /* CONFIG_SMP */
 935
 936 atomic_t lru_disable_count = ATOMIC_INIT(0);
 937
 938 /*
 939  * lru_cache_disable() needs to be called before we start compiling
 940  * a list of pages to be migrated using isolate_lru_page().
 941  * It drains pages on LRU cache and then disable on all cpus until
 942  * lru_cache_enable is called.
 943  *
 944  * Must be paired with a call to lru_cache_enable().
 945  */
 946 void lru_cache_disable(void)
 947 {
 948         atomic_inc(&lru_disable_count);
 949         /*
 950          * Readers of lru_disable_count are protected by either disabling
 951          * preemption or rcu_read_lock:
 952          *
 953          * preempt_disable, local_irq_disable  [bh_lru_lock()]
 954          * rcu_read_lock                       [rt_spin_lock CONFIG_PREEMPT_RT]
 955          * preempt_disable                     [local_lock !CONFIG_PREEMPT_RT]
 956          *
 957          * Since v5.1 kernel, synchronize_rcu() is guaranteed to wait on
 958          * preempt_disable() regions of code. So any CPU which sees
 959          * lru_disable_count = 0 will have exited the critical
 960          * section when synchronize_rcu() returns.
 961          */
 962         synchronize_rcu_expedited();
 963 #ifdef CONFIG_SMP
 964         __lru_add_drain_all(true);
 965 #else
 966         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 967 #endif
 968 }
 969
 970 /**
 971  * release_pages - batched put_page()
 972  * @pages: array of pages to release
 973  * @nr: number of pages
 974  *
 975  * Decrement the reference count on all the pages in @pages.  If it
 976  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 977  */
 978 void release_pages(struct page **pages, int nr)
 979 {
 980         int i;
 981         LIST_HEAD(pages_to_free);
 982         struct lruvec *lruvec = NULL;
 983         unsigned long flags = 0;
 984         unsigned int lock_batch;
 985
 986         for (i = 0; i < nr; i++) {
 987                 struct folio *folio = page_folio(pages[i]);
 988
 989                 /*
 990                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
 991                  * excessive with a continuous string of pages from the
 992                  * same lruvec. The lock is held only if lruvec != NULL.
 993                  */
 994                 if (lruvec && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
 995                         unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 996                         lruvec = NULL;
 997                 }
 998
 999                 if (is_huge_zero_page(&folio->page))
1000                         continue;
1001
1002                 if (folio_is_zone_device(folio)) {
1003                         if (lruvec) {
1004                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1005                                 lruvec = NULL;
1006                         }
1007                         if (put_devmap_managed_page(&folio->page))
1008                                 continue;
1009                         if (folio_put_testzero(folio))
1010                                 free_zone_device_page(&folio->page);
1011                         continue;
1012                 }
1013
1014                 if (!folio_put_testzero(folio))
1015                         continue;
1016
1017                 if (folio_test_large(folio)) {
1018                         if (lruvec) {
1019                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1020                                 lruvec = NULL;
1021                         }
1022                         __folio_put_large(folio);
1023                         continue;
1024                 }
1025
1026                 if (folio_test_lru(folio)) {
1027                         struct lruvec *prev_lruvec = lruvec;
1028
1029                         lruvec = folio_lruvec_relock_irqsave(folio, lruvec,
1030                                                                         &flags);
1031                         if (prev_lruvec != lruvec)
1032                                 lock_batch = 0;
1033
1034                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
1035                         __folio_clear_lru_flags(folio);
1036                 }
1037
1038                 /*
1039                  * In rare cases, when truncation or holepunching raced with
1040                  * munlock after VM_LOCKED was cleared, Mlocked may still be
1041                  * found set here.  This does not indicate a problem, unless
1042                  * "unevictable_pgs_cleared" appears worryingly large.
1043                  */
1044                 if (unlikely(folio_test_mlocked(folio))) {
1045                         __folio_clear_mlocked(folio);
1046                         zone_stat_sub_folio(folio, NR_MLOCK);
1047                         count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCLEARED);
1048                 }
1049
1050                 list_add(&folio->lru, &pages_to_free);
1051         }
1052         if (lruvec)
1053                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1054
1055         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
1056         free_unref_page_list(&pages_to_free);
1057 }
1058 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
1059
1060 /*
1061  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
1062  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
1063  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
1064  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
1065  *
1066  * So __pagevec_release() will drain those queues here.
1067  * folio_batch_move_lru() calls folios_put() directly to avoid
1068  * mutual recursion.
1069  */
1070 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
1071 {
1072         if (!pvec->percpu_pvec_drained) {
1073                 lru_add_drain();
1074                 pvec->percpu_pvec_drained = true;
1075         }
1076         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec));
1077         pagevec_reinit(pvec);
1078 }
1079 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
1080
1081 /**
1082  * folio_batch_remove_exceptionals() - Prune non-folios from a batch.
1083  * @fbatch: The batch to prune
1084  *
1085  * find_get_entries() fills a batch with both folios and shadow/swap/DAX
1086  * entries.  This function prunes all the non-folio entries from @fbatch
1087  * without leaving holes, so that it can be passed on to folio-only batch
1088  * operations.
1089  */
1090 void folio_batch_remove_exceptionals(struct folio_batch *fbatch)
1091 {
1092         unsigned int i, j;
1093
1094         for (i = 0, j = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
1095                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
1096                 if (!xa_is_value(folio))
1097                         fbatch->folios[j++] = folio;
1098         }
1099         fbatch->nr = j;
1100 }
1101
1102 unsigned pagevec_lookup_range_tag(struct pagevec *pvec,
1103                 struct address_space *mapping, pgoff_t *index, pgoff_t end,
1104                 xa_mark_t tag)
1105 {
1106         pvec->nr = find_get_pages_range_tag(mapping, index, end, tag,
1107                                         PAGEVEC_SIZE, pvec->pages);
1108         return pagevec_count(pvec);
1109 }
1110 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_range_tag);
1111
1112 /*
1113  * Perform any setup for the swap system
1114  */
1115 void __init swap_setup(void)
1116 {
1117         unsigned long megs = totalram_pages() >> (20 - PAGE_SHIFT);
1118
1119         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1120         if (megs < 16)
1121                 page_cluster = 2;
1122         else
1123                 page_cluster = 3;
1124         /*
1125          * Right now other parts of the system means that we
1126          * _really_ don't want to cluster much more
1127          */
1128 }