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 /*
 162  * get_kernel_pages() - pin kernel pages in memory
 163  * @kiov:       An array of struct kvec structures
 164  * @nr_segs:    number of segments to pin
 165  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 166  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
 167  *              Should be at least nr_segs long.
 168  *
 169  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number requested.
 170  * If nr_segs is 0 or negative, returns 0.  If no pages were pinned, returns 0.
 171  * Each page returned must be released with a put_page() call when it is
 172  * finished with.
 173  */
 174 int get_kernel_pages(const struct kvec *kiov, int nr_segs, int write,
 175                 struct page **pages)
 176 {
 177         int seg;
 178
 179         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 180                 if (WARN_ON(kiov[seg].iov_len != PAGE_SIZE))
 181                         return seg;
 182
 183                 pages[seg] = kmap_to_page(kiov[seg].iov_base);
 184                 get_page(pages[seg]);
 185         }
 186
 187         return seg;
 188 }
 189 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_pages);
 190
 191 typedef void (*move_fn_t)(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio);
 192
 193 static void lru_add_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 194 {
 195         int was_unevictable = folio_test_clear_unevictable(folio);
 196         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 197
 198         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 199
 200         /*
 201          * Is an smp_mb__after_atomic() still required here, before
 202          * folio_evictable() tests the mlocked flag, to rule out the possibility
 203          * of stranding an evictable folio on an unevictable LRU?  I think
 204          * not, because __munlock_page() only clears the mlocked flag
 205          * while the LRU lock is held.
 206          *
 207          * (That is not true of __page_cache_release(), and not necessarily
 208          * true of release_pages(): but those only clear the mlocked flag after
 209          * folio_put_testzero() has excluded any other users of the folio.)
 210          */
 211         if (folio_evictable(folio)) {
 212                 if (was_unevictable)
 213                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, nr_pages);
 214         } else {
 215                 folio_clear_active(folio);
 216                 folio_set_unevictable(folio);
 217                 /*
 218                  * folio->mlock_count = !!folio_test_mlocked(folio)?
 219                  * But that leaves __mlock_page() in doubt whether another
 220                  * actor has already counted the mlock or not.  Err on the
 221                  * safe side, underestimate, let page reclaim fix it, rather
 222                  * than leaving a page on the unevictable LRU indefinitely.
 223                  */
 224                 folio->mlock_count = 0;
 225                 if (!was_unevictable)
 226                         __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, nr_pages);
 227         }
 228
 229         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 230         trace_mm_lru_insertion(folio);
 231 }
 232
 233 static void folio_batch_move_lru(struct folio_batch *fbatch, move_fn_t move_fn)
 234 {
 235         int i;
 236         struct lruvec *lruvec = NULL;
 237         unsigned long flags = 0;
 238
 239         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
 240                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
 241
 242                 /* block memcg migration while the folio moves between lru */
 243                 if (move_fn != lru_add_fn && !folio_test_clear_lru(folio))
 244                         continue;
 245
 246                 lruvec = folio_lruvec_relock_irqsave(folio, lruvec, &flags);
 247                 move_fn(lruvec, folio);
 248
 249                 folio_set_lru(folio);
 250         }
 251
 252         if (lruvec)
 253                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
 254         folios_put(fbatch->folios, folio_batch_count(fbatch));
 255         folio_batch_init(fbatch);
 256 }
 257
 258 static void folio_batch_add_and_move(struct folio_batch *fbatch,
 259                 struct folio *folio, move_fn_t move_fn)
 260 {
 261         if (folio_batch_add(fbatch, folio) && !folio_test_large(folio) &&
 262             !lru_cache_disabled())
 263                 return;
 264         folio_batch_move_lru(fbatch, move_fn);
 265 }
 266
 267 static void lru_move_tail_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 268 {
 269         if (!folio_test_unevictable(folio)) {
 270                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 271                 folio_clear_active(folio);
 272                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
 273                 __count_vm_events(PGROTATED, folio_nr_pages(folio));
 274         }
 275 }
 276
 277 /*
 278  * Writeback is about to end against a folio which has been marked for
 279  * immediate reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it
 280  * to the tail of the inactive list.
 281  *
 282  * folio_rotate_reclaimable() must disable IRQs, to prevent nasty races.
 283  */
 284 void folio_rotate_reclaimable(struct folio *folio)
 285 {
 286         if (!folio_test_locked(folio) && !folio_test_dirty(folio) &&
 287             !folio_test_unevictable(folio) && folio_test_lru(folio)) {
 288                 struct folio_batch *fbatch;
 289                 unsigned long flags;
 290
 291                 folio_get(folio);
 292                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 293                 fbatch = this_cpu_ptr(&lru_rotate.fbatch);
 294                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_move_tail_fn);
 295                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 296         }
 297 }
 298
 299 void lru_note_cost(struct lruvec *lruvec, bool file,
 300                    unsigned int nr_io, unsigned int nr_rotated)
 301 {
 302         unsigned long cost;
 303
 304         /*
 305          * Reflect the relative cost of incurring IO and spending CPU
 306          * time on rotations. This doesn't attempt to make a precise
 307          * comparison, it just says: if reloads are about comparable
 308          * between the LRU lists, or rotations are overwhelmingly
 309          * different between them, adjust scan balance for CPU work.
 310          */
 311         cost = nr_io * SWAP_CLUSTER_MAX + nr_rotated;
 312
 313         do {
 314                 unsigned long lrusize;
 315
 316                 /*
 317                  * Hold lruvec->lru_lock is safe here, since
 318                  * 1) The pinned lruvec in reclaim, or
 319                  * 2) From a pre-LRU page during refault (which also holds the
 320                  *    rcu lock, so would be safe even if the page was on the LRU
 321                  *    and could move simultaneously to a new lruvec).
 322                  */
 323                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
 324                 /* Record cost event */
 325                 if (file)
 326                         lruvec->file_cost += cost;
 327                 else
 328                         lruvec->anon_cost += cost;
 329
 330                 /*
 331                  * Decay previous events
 332                  *
 333                  * Because workloads change over time (and to avoid
 334                  * overflow) we keep these statistics as a floating
 335                  * average, which ends up weighing recent refaults
 336                  * more than old ones.
 337                  */
 338                 lrusize = lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_ANON) +
 339                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_ANON) +
 340                           lruvec_page_state(lruvec, NR_INACTIVE_FILE) +
 341                           lruvec_page_state(lruvec, NR_ACTIVE_FILE);
 342
 343                 if (lruvec->file_cost + lruvec->anon_cost > lrusize / 4) {
 344                         lruvec->file_cost /= 2;
 345                         lruvec->anon_cost /= 2;
 346                 }
 347                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
 348         } while ((lruvec = parent_lruvec(lruvec)));
 349 }
 350
 351 void lru_note_cost_refault(struct folio *folio)
 352 {
 353         lru_note_cost(folio_lruvec(folio), folio_is_file_lru(folio),
 354                       folio_nr_pages(folio), 0);
 355 }
 356
 357 static void folio_activate_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 358 {
 359         if (!folio_test_active(folio) && !folio_test_unevictable(folio)) {
 360                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 361
 362                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 363                 folio_set_active(folio);
 364                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 365                 trace_mm_lru_activate(folio);
 366
 367                 __count_vm_events(PGACTIVATE, nr_pages);
 368                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGACTIVATE,
 369                                      nr_pages);
 370         }
 371 }
 372
 373 #ifdef CONFIG_SMP
 374 static void folio_activate_drain(int cpu)
 375 {
 376         struct folio_batch *fbatch = &per_cpu(cpu_fbatches.activate, cpu);
 377
 378         if (folio_batch_count(fbatch))
 379                 folio_batch_move_lru(fbatch, folio_activate_fn);
 380 }
 381
 382 void folio_activate(struct folio *folio)
 383 {
 384         if (folio_test_lru(folio) && !folio_test_active(folio) &&
 385             !folio_test_unevictable(folio)) {
 386                 struct folio_batch *fbatch;
 387
 388                 folio_get(folio);
 389                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 390                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.activate);
 391                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, folio_activate_fn);
 392                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 393         }
 394 }
 395
 396 #else
 397 static inline void folio_activate_drain(int cpu)
 398 {
 399 }
 400
 401 void folio_activate(struct folio *folio)
 402 {
 403         struct lruvec *lruvec;
 404
 405         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
 406                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
 407                 folio_activate_fn(lruvec, folio);
 408                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
 409                 folio_set_lru(folio);
 410         }
 411 }
 412 #endif
 413
 414 static void __lru_cache_activate_folio(struct folio *folio)
 415 {
 416         struct folio_batch *fbatch;
 417         int i;
 418
 419         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 420         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_add);
 421
 422         /*
 423          * Search backwards on the optimistic assumption that the folio being
 424          * activated has just been added to this batch. Note that only
 425          * the local batch is examined as a !LRU folio could be in the
 426          * process of being released, reclaimed, migrated or on a remote
 427          * batch that is currently being drained. Furthermore, marking
 428          * a remote batch's folio active potentially hits a race where
 429          * a folio is marked active just after it is added to the inactive
 430          * list causing accounting errors and BUG_ON checks to trigger.
 431          */
 432         for (i = folio_batch_count(fbatch) - 1; i >= 0; i--) {
 433                 struct folio *batch_folio = fbatch->folios[i];
 434
 435                 if (batch_folio == folio) {
 436                         folio_set_active(folio);
 437                         break;
 438                 }
 439         }
 440
 441         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 442 }
 443
 444 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
 445 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 446 {
 447         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
 448
 449         if (folio_test_unevictable(folio))
 450                 return;
 451
 452         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 453                 folio_set_referenced(folio);
 454                 return;
 455         }
 456
 457         if (!folio_test_workingset(folio)) {
 458                 folio_set_workingset(folio);
 459                 return;
 460         }
 461
 462         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
 463         do {
 464                 new_flags = old_flags & LRU_REFS_MASK;
 465                 if (new_flags == LRU_REFS_MASK)
 466                         break;
 467
 468                 new_flags += BIT(LRU_REFS_PGOFF);
 469                 new_flags |= old_flags & ~LRU_REFS_MASK;
 470         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
 471 }
 472 #else
 473 static void folio_inc_refs(struct folio *folio)
 474 {
 475 }
 476 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
 477
 478 /*
 479  * Mark a page as having seen activity.
 480  *
 481  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 482  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 483  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 484  *
 485  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 486  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 487  */
 488 void folio_mark_accessed(struct folio *folio)
 489 {
 490         if (lru_gen_enabled()) {
 491                 folio_inc_refs(folio);
 492                 return;
 493         }
 494
 495         if (!folio_test_referenced(folio)) {
 496                 folio_set_referenced(folio);
 497         } else if (folio_test_unevictable(folio)) {
 498                 /*
 499                  * Unevictable pages are on the "LRU_UNEVICTABLE" list. But,
 500                  * this list is never rotated or maintained, so marking an
 501                  * unevictable page accessed has no effect.
 502                  */
 503         } else if (!folio_test_active(folio)) {
 504                 /*
 505                  * If the folio is on the LRU, queue it for activation via
 506                  * cpu_fbatches.activate. Otherwise, assume the folio is in a
 507                  * folio_batch, mark it active and it'll be moved to the active
 508                  * LRU on the next drain.
 509                  */
 510                 if (folio_test_lru(folio))
 511                         folio_activate(folio);
 512                 else
 513                         __lru_cache_activate_folio(folio);
 514                 folio_clear_referenced(folio);
 515                 workingset_activation(folio);
 516         }
 517         if (folio_test_idle(folio))
 518                 folio_clear_idle(folio);
 519 }
 520 EXPORT_SYMBOL(folio_mark_accessed);
 521
 522 /**
 523  * folio_add_lru - Add a folio to an LRU list.
 524  * @folio: The folio to be added to the LRU.
 525  *
 526  * Queue the folio for addition to the LRU. The decision on whether
 527  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 528  * folio_batch is drained. This gives a chance for the caller of folio_add_lru()
 529  * have the folio added to the active list using folio_mark_accessed().
 530  */
 531 void folio_add_lru(struct folio *folio)
 532 {
 533         struct folio_batch *fbatch;
 534
 535         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio) &&
 536                         folio_test_unevictable(folio), folio);
 537         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 538
 539         /* see the comment in lru_gen_add_folio() */
 540         if (lru_gen_enabled() && !folio_test_unevictable(folio) &&
 541             lru_gen_in_fault() && !(current->flags & PF_MEMALLOC))
 542                 folio_set_active(folio);
 543
 544         folio_get(folio);
 545         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 546         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_add);
 547         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_add_fn);
 548         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 549 }
 550 EXPORT_SYMBOL(folio_add_lru);
 551
 552 /**
 553  * folio_add_lru_vma() - Add a folio to the appropate LRU list for this VMA.
 554  * @folio: The folio to be added to the LRU.
 555  * @vma: VMA in which the folio is mapped.
 556  *
 557  * If the VMA is mlocked, @folio is added to the unevictable list.
 558  * Otherwise, it is treated the same way as folio_add_lru().
 559  */
 560 void folio_add_lru_vma(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma)
 561 {
 562         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 563
 564         if (unlikely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) == VM_LOCKED))
 565                 mlock_new_page(&folio->page);
 566         else
 567                 folio_add_lru(folio);
 568 }
 569
 570 /*
 571  * If the folio cannot be invalidated, it is moved to the
 572  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 573  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 574  * threads some time to write it out, as this is much more
 575  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 576  *
 577  * If the folio isn't mapped and dirty/writeback, the folio
 578  * could be reclaimed asap using the reclaim flag.
 579  *
 580  * 1. active, mapped folio -> none
 581  * 2. active, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 582  * 3. inactive, mapped folio -> none
 583  * 4. inactive, dirty/writeback folio -> inactive, head, reclaim
 584  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 585  * 6. Others -> none
 586  *
 587  * In 4, it moves to the head of the inactive list so the folio is
 588  * written out by flusher threads as this is much more efficient
 589  * than the single-page writeout from reclaim.
 590  */
 591 static void lru_deactivate_file_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 592 {
 593         bool active = folio_test_active(folio);
 594         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 595
 596         if (folio_test_unevictable(folio))
 597                 return;
 598
 599         /* Some processes are using the folio */
 600         if (folio_mapped(folio))
 601                 return;
 602
 603         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 604         folio_clear_active(folio);
 605         folio_clear_referenced(folio);
 606
 607         if (folio_test_writeback(folio) || folio_test_dirty(folio)) {
 608                 /*
 609                  * Setting the reclaim flag could race with
 610                  * folio_end_writeback() and confuse readahead.  But the
 611                  * race window is _really_ small and  it's not a critical
 612                  * problem.
 613                  */
 614                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 615                 folio_set_reclaim(folio);
 616         } else {
 617                 /*
 618                  * The folio's writeback ended while it was in the batch.
 619                  * We move that folio to the tail of the inactive list.
 620                  */
 621                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
 622                 __count_vm_events(PGROTATED, nr_pages);
 623         }
 624
 625         if (active) {
 626                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 627                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 628                                      nr_pages);
 629         }
 630 }
 631
 632 static void lru_deactivate_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 633 {
 634         if (!folio_test_unevictable(folio) && (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 635                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 636
 637                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 638                 folio_clear_active(folio);
 639                 folio_clear_referenced(folio);
 640                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 641
 642                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_pages);
 643                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE,
 644                                      nr_pages);
 645         }
 646 }
 647
 648 static void lru_lazyfree_fn(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio)
 649 {
 650         if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
 651             !folio_test_swapcache(folio) && !folio_test_unevictable(folio)) {
 652                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
 653
 654                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
 655                 folio_clear_active(folio);
 656                 folio_clear_referenced(folio);
 657                 /*
 658                  * Lazyfree folios are clean anonymous folios.  They have
 659                  * the swapbacked flag cleared, to distinguish them from normal
 660                  * anonymous folios
 661                  */
 662                 folio_clear_swapbacked(folio);
 663                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
 664
 665                 __count_vm_events(PGLAZYFREE, nr_pages);
 666                 __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGLAZYFREE,
 667                                      nr_pages);
 668         }
 669 }
 670
 671 /*
 672  * Drain pages out of the cpu's folio_batch.
 673  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 674  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 675  */
 676 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 677 {
 678         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 679         struct folio_batch *fbatch = &fbatches->lru_add;
 680
 681         if (folio_batch_count(fbatch))
 682                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_add_fn);
 683
 684         fbatch = &per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu);
 685         /* Disabling interrupts below acts as a compiler barrier. */
 686         if (data_race(folio_batch_count(fbatch))) {
 687                 unsigned long flags;
 688
 689                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 690                 local_lock_irqsave(&lru_rotate.lock, flags);
 691                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_move_tail_fn);
 692                 local_unlock_irqrestore(&lru_rotate.lock, flags);
 693         }
 694
 695         fbatch = &fbatches->lru_deactivate_file;
 696         if (folio_batch_count(fbatch))
 697                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_file_fn);
 698
 699         fbatch = &fbatches->lru_deactivate;
 700         if (folio_batch_count(fbatch))
 701                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_deactivate_fn);
 702
 703         fbatch = &fbatches->lru_lazyfree;
 704         if (folio_batch_count(fbatch))
 705                 folio_batch_move_lru(fbatch, lru_lazyfree_fn);
 706
 707         folio_activate_drain(cpu);
 708 }
 709
 710 /**
 711  * deactivate_file_folio() - Deactivate a file folio.
 712  * @folio: Folio to deactivate.
 713  *
 714  * This function hints to the VM that @folio is a good reclaim candidate,
 715  * for example if its invalidation fails due to the folio being dirty
 716  * or under writeback.
 717  *
 718  * Context: Caller holds a reference on the folio.
 719  */
 720 void deactivate_file_folio(struct folio *folio)
 721 {
 722         struct folio_batch *fbatch;
 723
 724         /* Deactivating an unevictable folio will not accelerate reclaim */
 725         if (folio_test_unevictable(folio))
 726                 return;
 727
 728         folio_get(folio);
 729         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 730         fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate_file);
 731         folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_file_fn);
 732         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 733 }
 734
 735 /*
 736  * deactivate_page - deactivate a page
 737  * @page: page to deactivate
 738  *
 739  * deactivate_page() moves @page to the inactive list if @page was on the active
 740  * list and was not an unevictable page.  This is done to accelerate the reclaim
 741  * of @page.
 742  */
 743 void deactivate_page(struct page *page)
 744 {
 745         struct folio *folio = page_folio(page);
 746
 747         if (folio_test_lru(folio) && !folio_test_unevictable(folio) &&
 748             (folio_test_active(folio) || lru_gen_enabled())) {
 749                 struct folio_batch *fbatch;
 750
 751                 folio_get(folio);
 752                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 753                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_deactivate);
 754                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_deactivate_fn);
 755                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 756         }
 757 }
 758
 759 /**
 760  * mark_page_lazyfree - make an anon page lazyfree
 761  * @page: page to deactivate
 762  *
 763  * mark_page_lazyfree() moves @page to the inactive file list.
 764  * This is done to accelerate the reclaim of @page.
 765  */
 766 void mark_page_lazyfree(struct page *page)
 767 {
 768         struct folio *folio = page_folio(page);
 769
 770         if (folio_test_lru(folio) && folio_test_anon(folio) &&
 771             folio_test_swapbacked(folio) && !folio_test_swapcache(folio) &&
 772             !folio_test_unevictable(folio)) {
 773                 struct folio_batch *fbatch;
 774
 775                 folio_get(folio);
 776                 local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 777                 fbatch = this_cpu_ptr(&cpu_fbatches.lru_lazyfree);
 778                 folio_batch_add_and_move(fbatch, folio, lru_lazyfree_fn);
 779                 local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 780         }
 781 }
 782
 783 void lru_add_drain(void)
 784 {
 785         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 786         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 787         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 788         mlock_page_drain_local();
 789 }
 790
 791 /*
 792  * It's called from per-cpu workqueue context in SMP case so
 793  * lru_add_drain_cpu and invalidate_bh_lrus_cpu should run on
 794  * the same cpu. It shouldn't be a problem in !SMP case since
 795  * the core is only one and the locks will disable preemption.
 796  */
 797 static void lru_add_and_bh_lrus_drain(void)
 798 {
 799         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 800         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 801         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 802         invalidate_bh_lrus_cpu();
 803         mlock_page_drain_local();
 804 }
 805
 806 void lru_add_drain_cpu_zone(struct zone *zone)
 807 {
 808         local_lock(&cpu_fbatches.lock);
 809         lru_add_drain_cpu(smp_processor_id());
 810         drain_local_pages(zone);
 811         local_unlock(&cpu_fbatches.lock);
 812         mlock_page_drain_local();
 813 }
 814
 815 #ifdef CONFIG_SMP
 816
 817 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 818
 819 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 820 {
 821         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 822 }
 823
 824 static bool cpu_needs_drain(unsigned int cpu)
 825 {
 826         struct cpu_fbatches *fbatches = &per_cpu(cpu_fbatches, cpu);
 827
 828         /* Check these in order of likelihood that they're not zero */
 829         return folio_batch_count(&fbatches->lru_add) ||
 830                 data_race(folio_batch_count(&per_cpu(lru_rotate.fbatch, cpu))) ||
 831                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate_file) ||
 832                 folio_batch_count(&fbatches->lru_deactivate) ||
 833                 folio_batch_count(&fbatches->lru_lazyfree) ||
 834                 folio_batch_count(&fbatches->activate) ||
 835                 need_mlock_page_drain(cpu) ||
 836                 has_bh_in_lru(cpu, NULL);
 837 }
 838
 839 /*
 840  * Doesn't need any cpu hotplug locking because we do rely on per-cpu
 841  * kworkers being shut down before our page_alloc_cpu_dead callback is
 842  * executed on the offlined cpu.
 843  * Calling this function with cpu hotplug locks held can actually lead
 844  * to obscure indirect dependencies via WQ context.
 845  */
 846 static inline void __lru_add_drain_all(bool force_all_cpus)
 847 {
 848         /*
 849          * lru_drain_gen - Global pages generation number
 850          *
 851          * (A) Definition: global lru_drain_gen = x implies that all generations
 852          *     0 < n <= x are already *scheduled* for draining.
 853          *
 854          * This is an optimization for the highly-contended use case where a
 855          * user space workload keeps constantly generating a flow of pages for
 856          * each CPU.
 857          */
 858         static unsigned int lru_drain_gen;
 859         static struct cpumask has_work;
 860         static DEFINE_MUTEX(lock);
 861         unsigned cpu, this_gen;
 862
 863         /*
 864          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
 865          * initialized.
 866          */
 867         if (WARN_ON(!mm_percpu_wq))
 868                 return;
 869
 870         /*
 871          * Guarantee folio_batch counter stores visible by this CPU
 872          * are visible to other CPUs before loading the current drain
 873          * generation.
 874          */
 875         smp_mb();
 876
 877         /*
 878          * (B) Locally cache global LRU draining generation number
 879          *
 880          * The read barrier ensures that the counter is loaded before the mutex
 881          * is taken. It pairs with smp_mb() inside the mutex critical section
 882          * at (D).
 883          */
 884         this_gen = smp_load_acquire(&lru_drain_gen);
 885
 886         mutex_lock(&lock);
 887
 888         /*
 889          * (C) Exit the draining operation if a newer generation, from another
 890          * lru_add_drain_all(), was already scheduled for draining. Check (A).
 891          */
 892         if (unlikely(this_gen != lru_drain_gen && !force_all_cpus))
 893                 goto done;
 894
 895         /*
 896          * (D) Increment global generation number
 897          *
 898          * Pairs with smp_load_acquire() at (B), outside of the critical
 899          * section. Use a full memory barrier to guarantee that the
 900          * new global drain generation number is stored before loading
 901          * folio_batch counters.
 902          *
 903          * This pairing must be done here, before the for_each_online_cpu loop
 904          * below which drains the page vectors.
 905          *
 906          * Let x, y, and z represent some system CPU numbers, where x < y < z.
 907          * Assume CPU #z is in the middle of the for_each_online_cpu loop
 908          * below and has already reached CPU #y's per-cpu data. CPU #x comes
 909          * along, adds some pages to its per-cpu vectors, then calls
 910          * lru_add_drain_all().
 911          *
 912          * If the paired barrier is done at any later step, e.g. after the
 913          * loop, CPU #x will just exit at (C) and miss flushing out all of its
 914          * added pages.
 915          */
 916         WRITE_ONCE(lru_drain_gen, lru_drain_gen + 1);
 917         smp_mb();
 918
 919         cpumask_clear(&has_work);
 920         for_each_online_cpu(cpu) {
 921                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 922
 923                 if (cpu_needs_drain(cpu)) {
 924                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 925                         queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
 926                         __cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 927                 }
 928         }
 929
 930         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 931                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 932
 933 done:
 934         mutex_unlock(&lock);
 935 }
 936
 937 void lru_add_drain_all(void)
 938 {
 939         __lru_add_drain_all(false);
 940 }
 941 #else
 942 void lru_add_drain_all(void)
 943 {
 944         lru_add_drain();
 945 }
 946 #endif /* CONFIG_SMP */
 947
 948 atomic_t lru_disable_count = ATOMIC_INIT(0);
 949
 950 /*
 951  * lru_cache_disable() needs to be called before we start compiling
 952  * a list of pages to be migrated using isolate_lru_page().
 953  * It drains pages on LRU cache and then disable on all cpus until
 954  * lru_cache_enable is called.
 955  *
 956  * Must be paired with a call to lru_cache_enable().
 957  */
 958 void lru_cache_disable(void)
 959 {
 960         atomic_inc(&lru_disable_count);
 961         /*
 962          * Readers of lru_disable_count are protected by either disabling
 963          * preemption or rcu_read_lock:
 964          *
 965          * preempt_disable, local_irq_disable  [bh_lru_lock()]
 966          * rcu_read_lock                       [rt_spin_lock CONFIG_PREEMPT_RT]
 967          * preempt_disable                     [local_lock !CONFIG_PREEMPT_RT]
 968          *
 969          * Since v5.1 kernel, synchronize_rcu() is guaranteed to wait on
 970          * preempt_disable() regions of code. So any CPU which sees
 971          * lru_disable_count = 0 will have exited the critical
 972          * section when synchronize_rcu() returns.
 973          */
 974         synchronize_rcu_expedited();
 975 #ifdef CONFIG_SMP
 976         __lru_add_drain_all(true);
 977 #else
 978         lru_add_and_bh_lrus_drain();
 979 #endif
 980 }
 981
 982 /**
 983  * release_pages - batched put_page()
 984  * @arg: array of pages to release
 985  * @nr: number of pages
 986  *
 987  * Decrement the reference count on all the pages in @arg.  If it
 988  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 989  *
 990  * Note that the argument can be an array of pages, encoded pages,
 991  * or folio pointers. We ignore any encoded bits, and turn any of
 992  * them into just a folio that gets free'd.
 993  */
 994 void release_pages(release_pages_arg arg, int nr)
 995 {
 996         int i;
 997         struct encoded_page **encoded = arg.encoded_pages;
 998         LIST_HEAD(pages_to_free);
 999         struct lruvec *lruvec = NULL;
1000         unsigned long flags = 0;
1001         unsigned int lock_batch;
1002
1003         for (i = 0; i < nr; i++) {
1004                 struct folio *folio;
1005
1006                 /* Turn any of the argument types into a folio */
1007                 folio = page_folio(encoded_page_ptr(encoded[i]));
1008
1009                 /*
1010                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
1011                  * excessive with a continuous string of pages from the
1012                  * same lruvec. The lock is held only if lruvec != NULL.
1013                  */
1014                 if (lruvec && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
1015                         unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1016                         lruvec = NULL;
1017                 }
1018
1019                 if (is_huge_zero_page(&folio->page))
1020                         continue;
1021
1022                 if (folio_is_zone_device(folio)) {
1023                         if (lruvec) {
1024                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1025                                 lruvec = NULL;
1026                         }
1027                         if (put_devmap_managed_page(&folio->page))
1028                                 continue;
1029                         if (folio_put_testzero(folio))
1030                                 free_zone_device_page(&folio->page);
1031                         continue;
1032                 }
1033
1034                 if (!folio_put_testzero(folio))
1035                         continue;
1036
1037                 if (folio_test_large(folio)) {
1038                         if (lruvec) {
1039                                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1040                                 lruvec = NULL;
1041                         }
1042                         __folio_put_large(folio);
1043                         continue;
1044                 }
1045
1046                 if (folio_test_lru(folio)) {
1047                         struct lruvec *prev_lruvec = lruvec;
1048
1049                         lruvec = folio_lruvec_relock_irqsave(folio, lruvec,
1050                                                                         &flags);
1051                         if (prev_lruvec != lruvec)
1052                                 lock_batch = 0;
1053
1054                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
1055                         __folio_clear_lru_flags(folio);
1056                 }
1057
1058                 /*
1059                  * In rare cases, when truncation or holepunching raced with
1060                  * munlock after VM_LOCKED was cleared, Mlocked may still be
1061                  * found set here.  This does not indicate a problem, unless
1062                  * "unevictable_pgs_cleared" appears worryingly large.
1063                  */
1064                 if (unlikely(folio_test_mlocked(folio))) {
1065                         __folio_clear_mlocked(folio);
1066                         zone_stat_sub_folio(folio, NR_MLOCK);
1067                         count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCLEARED);
1068                 }
1069
1070                 list_add(&folio->lru, &pages_to_free);
1071         }
1072         if (lruvec)
1073                 unlock_page_lruvec_irqrestore(lruvec, flags);
1074
1075         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
1076         free_unref_page_list(&pages_to_free);
1077 }
1078 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
1079
1080 /*
1081  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
1082  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
1083  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
1084  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
1085  *
1086  * So __pagevec_release() will drain those queues here.
1087  * folio_batch_move_lru() calls folios_put() directly to avoid
1088  * mutual recursion.
1089  */
1090 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
1091 {
1092         if (!pvec->percpu_pvec_drained) {
1093                 lru_add_drain();
1094                 pvec->percpu_pvec_drained = true;
1095         }
1096         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec));
1097         pagevec_reinit(pvec);
1098 }
1099 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
1100
1101 /**
1102  * folio_batch_remove_exceptionals() - Prune non-folios from a batch.
1103  * @fbatch: The batch to prune
1104  *
1105  * find_get_entries() fills a batch with both folios and shadow/swap/DAX
1106  * entries.  This function prunes all the non-folio entries from @fbatch
1107  * without leaving holes, so that it can be passed on to folio-only batch
1108  * operations.
1109  */
1110 void folio_batch_remove_exceptionals(struct folio_batch *fbatch)
1111 {
1112         unsigned int i, j;
1113
1114         for (i = 0, j = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
1115                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
1116                 if (!xa_is_value(folio))
1117                         fbatch->folios[j++] = folio;
1118         }
1119         fbatch->nr = j;
1120 }
1121
1122 unsigned pagevec_lookup_range_tag(struct pagevec *pvec,
1123                 struct address_space *mapping, pgoff_t *index, pgoff_t end,
1124                 xa_mark_t tag)
1125 {
1126         pvec->nr = find_get_pages_range_tag(mapping, index, end, tag,
1127                                         PAGEVEC_SIZE, pvec->pages);
1128         return pagevec_count(pvec);
1129 }
1130 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_range_tag);
1131
1132 /*
1133  * Perform any setup for the swap system
1134  */
1135 void __init swap_setup(void)
1136 {
1137         unsigned long megs = totalram_pages() >> (20 - PAGE_SHIFT);
1138
1139         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1140         if (megs < 16)
1141                 page_cluster = 2;
1142         else
1143                 page_cluster = 3;
1144         /*
1145          * Right now other parts of the system means that we
1146          * _really_ don't want to cluster much more
1147          */
1148 }