mm/swap_state.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  linux/mm/swap_state.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
   7  *
   8  *  Rewritten to use page cache, (C) 1998 Stephen Tweedie
   9  */
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/gfp.h>
  12 #include <linux/kernel_stat.h>
  13 #include <linux/swap.h>
  14 #include <linux/swapops.h>
  15 #include <linux/init.h>
  16 #include <linux/pagemap.h>
  17 #include <linux/backing-dev.h>
  18 #include <linux/blkdev.h>
  19 #include <linux/pagevec.h>
  20 #include <linux/migrate.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/swap_slots.h>
  23 #include <linux/huge_mm.h>
  24 #include "internal.h"
  25
  26 /*
  27  * swapper_space is a fiction, retained to simplify the path through
  28  * vmscan's shrink_page_list.
  29  */
  30 static const struct address_space_operations swap_aops = {
  31         .writepage      = swap_writepage,
  32         .set_page_dirty = swap_set_page_dirty,
  33 #ifdef CONFIG_MIGRATION
  34         .migratepage    = migrate_page,
  35 #endif
  36 };
  37
  38 struct address_space *swapper_spaces[MAX_SWAPFILES] __read_mostly;
  39 static unsigned int nr_swapper_spaces[MAX_SWAPFILES] __read_mostly;
  40 static bool enable_vma_readahead __read_mostly = true;
  41
  42 #define SWAP_RA_WIN_SHIFT       (PAGE_SHIFT / 2)
  43 #define SWAP_RA_HITS_MASK       ((1UL << SWAP_RA_WIN_SHIFT) - 1)
  44 #define SWAP_RA_HITS_MAX        SWAP_RA_HITS_MASK
  45 #define SWAP_RA_WIN_MASK        (~PAGE_MASK & ~SWAP_RA_HITS_MASK)
  46
  47 #define SWAP_RA_HITS(v)         ((v) & SWAP_RA_HITS_MASK)
  48 #define SWAP_RA_WIN(v)          (((v) & SWAP_RA_WIN_MASK) >> SWAP_RA_WIN_SHIFT)
  49 #define SWAP_RA_ADDR(v)         ((v) & PAGE_MASK)
  50
  51 #define SWAP_RA_VAL(addr, win, hits)                            \
  52         (((addr) & PAGE_MASK) |                                 \
  53          (((win) << SWAP_RA_WIN_SHIFT) & SWAP_RA_WIN_MASK) |    \
  54          ((hits) & SWAP_RA_HITS_MASK))
  55
  56 /* Initial readahead hits is 4 to start up with a small window */
  57 #define GET_SWAP_RA_VAL(vma)                                    \
  58         (atomic_long_read(&(vma)->swap_readahead_info) ? : 4)
  59
  60 #define INC_CACHE_INFO(x)       data_race(swap_cache_info.x++)
  61 #define ADD_CACHE_INFO(x, nr)   data_race(swap_cache_info.x += (nr))
  62
  63 static struct {
  64         unsigned long add_total;
  65         unsigned long del_total;
  66         unsigned long find_success;
  67         unsigned long find_total;
  68 } swap_cache_info;
  69
  70 unsigned long total_swapcache_pages(void)
  71 {
  72         unsigned int i, j, nr;
  73         unsigned long ret = 0;
  74         struct address_space *spaces;
  75         struct swap_info_struct *si;
  76
  77         for (i = 0; i < MAX_SWAPFILES; i++) {
  78                 swp_entry_t entry = swp_entry(i, 1);
  79
  80                 /* Avoid get_swap_device() to warn for bad swap entry */
  81                 if (!swp_swap_info(entry))
  82                         continue;
  83                 /* Prevent swapoff to free swapper_spaces */
  84                 si = get_swap_device(entry);
  85                 if (!si)
  86                         continue;
  87                 nr = nr_swapper_spaces[i];
  88                 spaces = swapper_spaces[i];
  89                 for (j = 0; j < nr; j++)
  90                         ret += spaces[j].nrpages;
  91                 put_swap_device(si);
  92         }
  93         return ret;
  94 }
  95
  96 static atomic_t swapin_readahead_hits = ATOMIC_INIT(4);
  97
  98 void show_swap_cache_info(void)
  99 {
 100         printk("%lu pages in swap cache\n", total_swapcache_pages());
 101         printk("Swap cache stats: add %lu, delete %lu, find %lu/%lu\n",
 102                 swap_cache_info.add_total, swap_cache_info.del_total,
 103                 swap_cache_info.find_success, swap_cache_info.find_total);
 104         printk("Free swap  = %ldkB\n",
 105                 get_nr_swap_pages() << (PAGE_SHIFT - 10));
 106         printk("Total swap = %lukB\n", total_swap_pages << (PAGE_SHIFT - 10));
 107 }
 108
 109 void *get_shadow_from_swap_cache(swp_entry_t entry)
 110 {
 111         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 112         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
 113         struct page *page;
 114
 115         page = find_get_entry(address_space, idx);
 116         if (xa_is_value(page))
 117                 return page;
 118         if (page)
 119                 put_page(page);
 120         return NULL;
 121 }
 122
 123 /*
 124  * add_to_swap_cache resembles add_to_page_cache_locked on swapper_space,
 125  * but sets SwapCache flag and private instead of mapping and index.
 126  */
 127 int add_to_swap_cache(struct page *page, swp_entry_t entry,
 128                         gfp_t gfp, void **shadowp)
 129 {
 130         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 131         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
 132         XA_STATE_ORDER(xas, &address_space->i_pages, idx, compound_order(page));
 133         unsigned long i, nr = thp_nr_pages(page);
 134         void *old;
 135
 136         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
 137         VM_BUG_ON_PAGE(PageSwapCache(page), page);
 138         VM_BUG_ON_PAGE(!PageSwapBacked(page), page);
 139
 140         page_ref_add(page, nr);
 141         SetPageSwapCache(page);
 142
 143         do {
 144                 unsigned long nr_shadows = 0;
 145
 146                 xas_lock_irq(&xas);
 147                 xas_create_range(&xas);
 148                 if (xas_error(&xas))
 149                         goto unlock;
 150                 for (i = 0; i < nr; i++) {
 151                         VM_BUG_ON_PAGE(xas.xa_index != idx + i, page);
 152                         old = xas_load(&xas);
 153                         if (xa_is_value(old)) {
 154                                 nr_shadows++;
 155                                 if (shadowp)
 156                                         *shadowp = old;
 157                         }
 158                         set_page_private(page + i, entry.val + i);
 159                         xas_store(&xas, page);
 160                         xas_next(&xas);
 161                 }
 162                 address_space->nrexceptional -= nr_shadows;
 163                 address_space->nrpages += nr;
 164                 __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_FILE_PAGES, nr);
 165                 ADD_CACHE_INFO(add_total, nr);
 166 unlock:
 167                 xas_unlock_irq(&xas);
 168         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
 169
 170         if (!xas_error(&xas))
 171                 return 0;
 172
 173         ClearPageSwapCache(page);
 174         page_ref_sub(page, nr);
 175         return xas_error(&xas);
 176 }
 177
 178 /*
 179  * This must be called only on pages that have
 180  * been verified to be in the swap cache.
 181  */
 182 void __delete_from_swap_cache(struct page *page,
 183                         swp_entry_t entry, void *shadow)
 184 {
 185         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 186         int i, nr = thp_nr_pages(page);
 187         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
 188         XA_STATE(xas, &address_space->i_pages, idx);
 189
 190         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
 191         VM_BUG_ON_PAGE(!PageSwapCache(page), page);
 192         VM_BUG_ON_PAGE(PageWriteback(page), page);
 193
 194         for (i = 0; i < nr; i++) {
 195                 void *entry = xas_store(&xas, shadow);
 196                 VM_BUG_ON_PAGE(entry != page, entry);
 197                 set_page_private(page + i, 0);
 198                 xas_next(&xas);
 199         }
 200         ClearPageSwapCache(page);
 201         if (shadow)
 202                 address_space->nrexceptional += nr;
 203         address_space->nrpages -= nr;
 204         __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_FILE_PAGES, -nr);
 205         ADD_CACHE_INFO(del_total, nr);
 206 }
 207
 208 /**
 209  * add_to_swap - allocate swap space for a page
 210  * @page: page we want to move to swap
 211  *
 212  * Allocate swap space for the page and add the page to the
 213  * swap cache.  Caller needs to hold the page lock.
 214  */
 215 int add_to_swap(struct page *page)
 216 {
 217         swp_entry_t entry;
 218         int err;
 219
 220         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
 221         VM_BUG_ON_PAGE(!PageUptodate(page), page);
 222
 223         entry = get_swap_page(page);
 224         if (!entry.val)
 225                 return 0;
 226
 227         /*
 228          * XArray node allocations from PF_MEMALLOC contexts could
 229          * completely exhaust the page allocator. __GFP_NOMEMALLOC
 230          * stops emergency reserves from being allocated.
 231          *
 232          * TODO: this could cause a theoretical memory reclaim
 233          * deadlock in the swap out path.
 234          */
 235         /*
 236          * Add it to the swap cache.
 237          */
 238         err = add_to_swap_cache(page, entry,
 239                         __GFP_HIGH|__GFP_NOMEMALLOC|__GFP_NOWARN, NULL);
 240         if (err)
 241                 /*
 242                  * add_to_swap_cache() doesn't return -EEXIST, so we can safely
 243                  * clear SWAP_HAS_CACHE flag.
 244                  */
 245                 goto fail;
 246         /*
 247          * Normally the page will be dirtied in unmap because its pte should be
 248          * dirty. A special case is MADV_FREE page. The page'e pte could have
 249          * dirty bit cleared but the page's SwapBacked bit is still set because
 250          * clearing the dirty bit and SwapBacked bit has no lock protected. For
 251          * such page, unmap will not set dirty bit for it, so page reclaim will
 252          * not write the page out. This can cause data corruption when the page
 253          * is swap in later. Always setting the dirty bit for the page solves
 254          * the problem.
 255          */
 256         set_page_dirty(page);
 257
 258         return 1;
 259
 260 fail:
 261         put_swap_page(page, entry);
 262         return 0;
 263 }
 264
 265 /*
 266  * This must be called only on pages that have
 267  * been verified to be in the swap cache and locked.
 268  * It will never put the page into the free list,
 269  * the caller has a reference on the page.
 270  */
 271 void delete_from_swap_cache(struct page *page)
 272 {
 273         swp_entry_t entry = { .val = page_private(page) };
 274         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 275
 276         xa_lock_irq(&address_space->i_pages);
 277         __delete_from_swap_cache(page, entry, NULL);
 278         xa_unlock_irq(&address_space->i_pages);
 279
 280         put_swap_page(page, entry);
 281         page_ref_sub(page, thp_nr_pages(page));
 282 }
 283
 284 void clear_shadow_from_swap_cache(int type, unsigned long begin,
 285                                 unsigned long end)
 286 {
 287         unsigned long curr = begin;
 288         void *old;
 289
 290         for (;;) {
 291                 unsigned long nr_shadows = 0;
 292                 swp_entry_t entry = swp_entry(type, curr);
 293                 struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 294                 XA_STATE(xas, &address_space->i_pages, curr);
 295
 296                 xa_lock_irq(&address_space->i_pages);
 297                 xas_for_each(&xas, old, end) {
 298                         if (!xa_is_value(old))
 299                                 continue;
 300                         xas_store(&xas, NULL);
 301                         nr_shadows++;
 302                 }
 303                 address_space->nrexceptional -= nr_shadows;
 304                 xa_unlock_irq(&address_space->i_pages);
 305
 306                 /* search the next swapcache until we meet end */
 307                 curr >>= SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT;
 308                 curr++;
 309                 curr <<= SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT;
 310                 if (curr > end)
 311                         break;
 312         }
 313 }
 314
 315 /*
 316  * If we are the only user, then try to free up the swap cache.
 317  *
 318  * Its ok to check for PageSwapCache without the page lock
 319  * here because we are going to recheck again inside
 320  * try_to_free_swap() _with_ the lock.
 321  *                                      - Marcelo
 322  */
 323 static inline void free_swap_cache(struct page *page)
 324 {
 325         if (PageSwapCache(page) && !page_mapped(page) && trylock_page(page)) {
 326                 try_to_free_swap(page);
 327                 unlock_page(page);
 328         }
 329 }
 330
 331 /*
 332  * Perform a free_page(), also freeing any swap cache associated with
 333  * this page if it is the last user of the page.
 334  */
 335 void free_page_and_swap_cache(struct page *page)
 336 {
 337         free_swap_cache(page);
 338         if (!is_huge_zero_page(page))
 339                 put_page(page);
 340 }
 341
 342 /*
 343  * Passed an array of pages, drop them all from swapcache and then release
 344  * them.  They are removed from the LRU and freed if this is their last use.
 345  */
 346 void free_pages_and_swap_cache(struct page **pages, int nr)
 347 {
 348         struct page **pagep = pages;
 349         int i;
 350
 351         lru_add_drain();
 352         for (i = 0; i < nr; i++)
 353                 free_swap_cache(pagep[i]);
 354         release_pages(pagep, nr);
 355 }
 356
 357 static inline bool swap_use_vma_readahead(void)
 358 {
 359         return READ_ONCE(enable_vma_readahead) && !atomic_read(&nr_rotate_swap);
 360 }
 361
 362 /*
 363  * Lookup a swap entry in the swap cache. A found page will be returned
 364  * unlocked and with its refcount incremented - we rely on the kernel
 365  * lock getting page table operations atomic even if we drop the page
 366  * lock before returning.
 367  */
 368 struct page *lookup_swap_cache(swp_entry_t entry, struct vm_area_struct *vma,
 369                                unsigned long addr)
 370 {
 371         struct page *page;
 372         struct swap_info_struct *si;
 373
 374         si = get_swap_device(entry);
 375         if (!si)
 376                 return NULL;
 377         page = find_get_page(swap_address_space(entry), swp_offset(entry));
 378         put_swap_device(si);
 379
 380         INC_CACHE_INFO(find_total);
 381         if (page) {
 382                 bool vma_ra = swap_use_vma_readahead();
 383                 bool readahead;
 384
 385                 INC_CACHE_INFO(find_success);
 386                 /*
 387                  * At the moment, we don't support PG_readahead for anon THP
 388                  * so let's bail out rather than confusing the readahead stat.
 389                  */
 390                 if (unlikely(PageTransCompound(page)))
 391                         return page;
 392
 393                 readahead = TestClearPageReadahead(page);
 394                 if (vma && vma_ra) {
 395                         unsigned long ra_val;
 396                         int win, hits;
 397
 398                         ra_val = GET_SWAP_RA_VAL(vma);
 399                         win = SWAP_RA_WIN(ra_val);
 400                         hits = SWAP_RA_HITS(ra_val);
 401                         if (readahead)
 402                                 hits = min_t(int, hits + 1, SWAP_RA_HITS_MAX);
 403                         atomic_long_set(&vma->swap_readahead_info,
 404                                         SWAP_RA_VAL(addr, win, hits));
 405                 }
 406
 407                 if (readahead) {
 408                         count_vm_event(SWAP_RA_HIT);
 409                         if (!vma || !vma_ra)
 410                                 atomic_inc(&swapin_readahead_hits);
 411                 }
 412         }
 413
 414         return page;
 415 }
 416
 417 struct page *__read_swap_cache_async(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 418                         struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 419                         bool *new_page_allocated)
 420 {
 421         struct swap_info_struct *si;
 422         struct page *page;
 423         void *shadow = NULL;
 424
 425         *new_page_allocated = false;
 426
 427         for (;;) {
 428                 int err;
 429                 /*
 430                  * First check the swap cache.  Since this is normally
 431                  * called after lookup_swap_cache() failed, re-calling
 432                  * that would confuse statistics.
 433                  */
 434                 si = get_swap_device(entry);
 435                 if (!si)
 436                         return NULL;
 437                 page = find_get_page(swap_address_space(entry),
 438                                      swp_offset(entry));
 439                 put_swap_device(si);
 440                 if (page)
 441                         return page;
 442
 443                 /*
 444                  * Just skip read ahead for unused swap slot.
 445                  * During swap_off when swap_slot_cache is disabled,
 446                  * we have to handle the race between putting
 447                  * swap entry in swap cache and marking swap slot
 448                  * as SWAP_HAS_CACHE.  That's done in later part of code or
 449                  * else swap_off will be aborted if we return NULL.
 450                  */
 451                 if (!__swp_swapcount(entry) && swap_slot_cache_enabled)
 452                         return NULL;
 453
 454                 /*
 455                  * Get a new page to read into from swap.  Allocate it now,
 456                  * before marking swap_map SWAP_HAS_CACHE, when -EEXIST will
 457                  * cause any racers to loop around until we add it to cache.
 458                  */
 459                 page = alloc_page_vma(gfp_mask, vma, addr);
 460                 if (!page)
 461                         return NULL;
 462
 463                 /*
 464                  * Swap entry may have been freed since our caller observed it.
 465                  */
 466                 err = swapcache_prepare(entry);
 467                 if (!err)
 468                         break;
 469
 470                 put_page(page);
 471                 if (err != -EEXIST)
 472                         return NULL;
 473
 474                 /*
 475                  * We might race against __delete_from_swap_cache(), and
 476                  * stumble across a swap_map entry whose SWAP_HAS_CACHE
 477                  * has not yet been cleared.  Or race against another
 478                  * __read_swap_cache_async(), which has set SWAP_HAS_CACHE
 479                  * in swap_map, but not yet added its page to swap cache.
 480                  */
 481                 cond_resched();
 482         }
 483
 484         /*
 485          * The swap entry is ours to swap in. Prepare the new page.
 486          */
 487
 488         __SetPageLocked(page);
 489         __SetPageSwapBacked(page);
 490
 491         /* May fail (-ENOMEM) if XArray node allocation failed. */
 492         if (add_to_swap_cache(page, entry, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, &shadow)) {
 493                 put_swap_page(page, entry);
 494                 goto fail_unlock;
 495         }
 496
 497         if (mem_cgroup_charge(page, NULL, gfp_mask)) {
 498                 delete_from_swap_cache(page);
 499                 goto fail_unlock;
 500         }
 501
 502         if (shadow)
 503                 workingset_refault(page, shadow);
 504
 505         /* Caller will initiate read into locked page */
 506         SetPageWorkingset(page);
 507         lru_cache_add(page);
 508         *new_page_allocated = true;
 509         return page;
 510
 511 fail_unlock:
 512         unlock_page(page);
 513         put_page(page);
 514         return NULL;
 515 }
 516
 517 /*
 518  * Locate a page of swap in physical memory, reserving swap cache space
 519  * and reading the disk if it is not already cached.
 520  * A failure return means that either the page allocation failed or that
 521  * the swap entry is no longer in use.
 522  */
 523 struct page *read_swap_cache_async(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 524                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, bool do_poll)
 525 {
 526         bool page_was_allocated;
 527         struct page *retpage = __read_swap_cache_async(entry, gfp_mask,
 528                         vma, addr, &page_was_allocated);
 529
 530         if (page_was_allocated)
 531                 swap_readpage(retpage, do_poll);
 532
 533         return retpage;
 534 }
 535
 536 static unsigned int __swapin_nr_pages(unsigned long prev_offset,
 537                                       unsigned long offset,
 538                                       int hits,
 539                                       int max_pages,
 540                                       int prev_win)
 541 {
 542         unsigned int pages, last_ra;
 543
 544         /*
 545          * This heuristic has been found to work well on both sequential and
 546          * random loads, swapping to hard disk or to SSD: please don't ask
 547          * what the "+ 2" means, it just happens to work well, that's all.
 548          */
 549         pages = hits + 2;
 550         if (pages == 2) {
 551                 /*
 552                  * We can have no readahead hits to judge by: but must not get
 553                  * stuck here forever, so check for an adjacent offset instead
 554                  * (and don't even bother to check whether swap type is same).
 555                  */
 556                 if (offset != prev_offset + 1 && offset != prev_offset - 1)
 557                         pages = 1;
 558         } else {
 559                 unsigned int roundup = 4;
 560                 while (roundup < pages)
 561                         roundup <<= 1;
 562                 pages = roundup;
 563         }
 564
 565         if (pages > max_pages)
 566                 pages = max_pages;
 567
 568         /* Don't shrink readahead too fast */
 569         last_ra = prev_win / 2;
 570         if (pages < last_ra)
 571                 pages = last_ra;
 572
 573         return pages;
 574 }
 575
 576 static unsigned long swapin_nr_pages(unsigned long offset)
 577 {
 578         static unsigned long prev_offset;
 579         unsigned int hits, pages, max_pages;
 580         static atomic_t last_readahead_pages;
 581
 582         max_pages = 1 << READ_ONCE(page_cluster);
 583         if (max_pages <= 1)
 584                 return 1;
 585
 586         hits = atomic_xchg(&swapin_readahead_hits, 0);
 587         pages = __swapin_nr_pages(READ_ONCE(prev_offset), offset, hits,
 588                                   max_pages,
 589                                   atomic_read(&last_readahead_pages));
 590         if (!hits)
 591                 WRITE_ONCE(prev_offset, offset);
 592         atomic_set(&last_readahead_pages, pages);
 593
 594         return pages;
 595 }
 596
 597 /**
 598  * swap_cluster_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 599  * @entry: swap entry of this memory
 600  * @gfp_mask: memory allocation flags
 601  * @vmf: fault information
 602  *
 603  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 604  *
 605  * Primitive swap readahead code. We simply read an aligned block of
 606  * (1 << page_cluster) entries in the swap area. This method is chosen
 607  * because it doesn't cost us any seek time.  We also make sure to queue
 608  * the 'original' request together with the readahead ones...
 609  *
 610  * This has been extended to use the NUMA policies from the mm triggering
 611  * the readahead.
 612  *
 613  * Caller must hold read mmap_lock if vmf->vma is not NULL.
 614  */
 615 struct page *swap_cluster_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 616                                 struct vm_fault *vmf)
 617 {
 618         struct page *page;
 619         unsigned long entry_offset = swp_offset(entry);
 620         unsigned long offset = entry_offset;
 621         unsigned long start_offset, end_offset;
 622         unsigned long mask;
 623         struct swap_info_struct *si = swp_swap_info(entry);
 624         struct blk_plug plug;
 625         bool do_poll = true, page_allocated;
 626         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
 627         unsigned long addr = vmf->address;
 628
 629         mask = swapin_nr_pages(offset) - 1;
 630         if (!mask)
 631                 goto skip;
 632
 633         /* Test swap type to make sure the dereference is safe */
 634         if (likely(si->flags & (SWP_BLKDEV | SWP_FS))) {
 635                 struct inode *inode = si->swap_file->f_mapping->host;
 636                 if (inode_read_congested(inode))
 637                         goto skip;
 638         }
 639
 640         do_poll = false;
 641         /* Read a page_cluster sized and aligned cluster around offset. */
 642         start_offset = offset & ~mask;
 643         end_offset = offset | mask;
 644         if (!start_offset)      /* First page is swap header. */
 645                 start_offset++;
 646         if (end_offset >= si->max)
 647                 end_offset = si->max - 1;
 648
 649         blk_start_plug(&plug);
 650         for (offset = start_offset; offset <= end_offset ; offset++) {
 651                 /* Ok, do the async read-ahead now */
 652                 page = __read_swap_cache_async(
 653                         swp_entry(swp_type(entry), offset),
 654                         gfp_mask, vma, addr, &page_allocated);
 655                 if (!page)
 656                         continue;
 657                 if (page_allocated) {
 658                         swap_readpage(page, false);
 659                         if (offset != entry_offset) {
 660                                 SetPageReadahead(page);
 661                                 count_vm_event(SWAP_RA);
 662                         }
 663                 }
 664                 put_page(page);
 665         }
 666         blk_finish_plug(&plug);
 667
 668         lru_add_drain();        /* Push any new pages onto the LRU now */
 669 skip:
 670         return read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, vma, addr, do_poll);
 671 }
 672
 673 int init_swap_address_space(unsigned int type, unsigned long nr_pages)
 674 {
 675         struct address_space *spaces, *space;
 676         unsigned int i, nr;
 677
 678         nr = DIV_ROUND_UP(nr_pages, SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES);
 679         spaces = kvcalloc(nr, sizeof(struct address_space), GFP_KERNEL);
 680         if (!spaces)
 681                 return -ENOMEM;
 682         for (i = 0; i < nr; i++) {
 683                 space = spaces + i;
 684                 xa_init_flags(&space->i_pages, XA_FLAGS_LOCK_IRQ);
 685                 atomic_set(&space->i_mmap_writable, 0);
 686                 space->a_ops = &swap_aops;
 687                 /* swap cache doesn't use writeback related tags */
 688                 mapping_set_no_writeback_tags(space);
 689         }
 690         nr_swapper_spaces[type] = nr;
 691         swapper_spaces[type] = spaces;
 692
 693         return 0;
 694 }
 695
 696 void exit_swap_address_space(unsigned int type)
 697 {
 698         kvfree(swapper_spaces[type]);
 699         nr_swapper_spaces[type] = 0;
 700         swapper_spaces[type] = NULL;
 701 }
 702
 703 static inline void swap_ra_clamp_pfn(struct vm_area_struct *vma,
 704                                      unsigned long faddr,
 705                                      unsigned long lpfn,
 706                                      unsigned long rpfn,
 707                                      unsigned long *start,
 708                                      unsigned long *end)
 709 {
 710         *start = max3(lpfn, PFN_DOWN(vma->vm_start),
 711                       PFN_DOWN(faddr & PMD_MASK));
 712         *end = min3(rpfn, PFN_DOWN(vma->vm_end),
 713                     PFN_DOWN((faddr & PMD_MASK) + PMD_SIZE));
 714 }
 715
 716 static void swap_ra_info(struct vm_fault *vmf,
 717                         struct vma_swap_readahead *ra_info)
 718 {
 719         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
 720         unsigned long ra_val;
 721         swp_entry_t entry;
 722         unsigned long faddr, pfn, fpfn;
 723         unsigned long start, end;
 724         pte_t *pte, *orig_pte;
 725         unsigned int max_win, hits, prev_win, win, left;
 726 #ifndef CONFIG_64BIT
 727         pte_t *tpte;
 728 #endif
 729
 730         max_win = 1 << min_t(unsigned int, READ_ONCE(page_cluster),
 731                              SWAP_RA_ORDER_CEILING);
 732         if (max_win == 1) {
 733                 ra_info->win = 1;
 734                 return;
 735         }
 736
 737         faddr = vmf->address;
 738         orig_pte = pte = pte_offset_map(vmf->pmd, faddr);
 739         entry = pte_to_swp_entry(*pte);
 740         if ((unlikely(non_swap_entry(entry)))) {
 741                 pte_unmap(orig_pte);
 742                 return;
 743         }
 744
 745         fpfn = PFN_DOWN(faddr);
 746         ra_val = GET_SWAP_RA_VAL(vma);
 747         pfn = PFN_DOWN(SWAP_RA_ADDR(ra_val));
 748         prev_win = SWAP_RA_WIN(ra_val);
 749         hits = SWAP_RA_HITS(ra_val);
 750         ra_info->win = win = __swapin_nr_pages(pfn, fpfn, hits,
 751                                                max_win, prev_win);
 752         atomic_long_set(&vma->swap_readahead_info,
 753                         SWAP_RA_VAL(faddr, win, 0));
 754
 755         if (win == 1) {
 756                 pte_unmap(orig_pte);
 757                 return;
 758         }
 759
 760         /* Copy the PTEs because the page table may be unmapped */
 761         if (fpfn == pfn + 1)
 762                 swap_ra_clamp_pfn(vma, faddr, fpfn, fpfn + win, &start, &end);
 763         else if (pfn == fpfn + 1)
 764                 swap_ra_clamp_pfn(vma, faddr, fpfn - win + 1, fpfn + 1,
 765                                   &start, &end);
 766         else {
 767                 left = (win - 1) / 2;
 768                 swap_ra_clamp_pfn(vma, faddr, fpfn - left, fpfn + win - left,
 769                                   &start, &end);
 770         }
 771         ra_info->nr_pte = end - start;
 772         ra_info->offset = fpfn - start;
 773         pte -= ra_info->offset;
 774 #ifdef CONFIG_64BIT
 775         ra_info->ptes = pte;
 776 #else
 777         tpte = ra_info->ptes;
 778         for (pfn = start; pfn != end; pfn++)
 779                 *tpte++ = *pte++;
 780 #endif
 781         pte_unmap(orig_pte);
 782 }
 783
 784 /**
 785  * swap_vma_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 786  * @fentry: swap entry of this memory
 787  * @gfp_mask: memory allocation flags
 788  * @vmf: fault information
 789  *
 790  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 791  *
 792  * Primitive swap readahead code. We simply read in a few pages whoes
 793  * virtual addresses are around the fault address in the same vma.
 794  *
 795  * Caller must hold read mmap_lock if vmf->vma is not NULL.
 796  *
 797  */
 798 static struct page *swap_vma_readahead(swp_entry_t fentry, gfp_t gfp_mask,
 799                                        struct vm_fault *vmf)
 800 {
 801         struct blk_plug plug;
 802         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
 803         struct page *page;
 804         pte_t *pte, pentry;
 805         swp_entry_t entry;
 806         unsigned int i;
 807         bool page_allocated;
 808         struct vma_swap_readahead ra_info = {0,};
 809
 810         swap_ra_info(vmf, &ra_info);
 811         if (ra_info.win == 1)
 812                 goto skip;
 813
 814         blk_start_plug(&plug);
 815         for (i = 0, pte = ra_info.ptes; i < ra_info.nr_pte;
 816              i++, pte++) {
 817                 pentry = *pte;
 818                 if (pte_none(pentry))
 819                         continue;
 820                 if (pte_present(pentry))
 821                         continue;
 822                 entry = pte_to_swp_entry(pentry);
 823                 if (unlikely(non_swap_entry(entry)))
 824                         continue;
 825                 page = __read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, vma,
 826                                                vmf->address, &page_allocated);
 827                 if (!page)
 828                         continue;
 829                 if (page_allocated) {
 830                         swap_readpage(page, false);
 831                         if (i != ra_info.offset) {
 832                                 SetPageReadahead(page);
 833                                 count_vm_event(SWAP_RA);
 834                         }
 835                 }
 836                 put_page(page);
 837         }
 838         blk_finish_plug(&plug);
 839         lru_add_drain();
 840 skip:
 841         return read_swap_cache_async(fentry, gfp_mask, vma, vmf->address,
 842                                      ra_info.win == 1);
 843 }
 844
 845 /**
 846  * swapin_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 847  * @entry: swap entry of this memory
 848  * @gfp_mask: memory allocation flags
 849  * @vmf: fault information
 850  *
 851  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 852  *
 853  * It's a main entry function for swap readahead. By the configuration,
 854  * it will read ahead blocks by cluster-based(ie, physical disk based)
 855  * or vma-based(ie, virtual address based on faulty address) readahead.
 856  */
 857 struct page *swapin_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 858                                 struct vm_fault *vmf)
 859 {
 860         return swap_use_vma_readahead() ?
 861                         swap_vma_readahead(entry, gfp_mask, vmf) :
 862                         swap_cluster_readahead(entry, gfp_mask, vmf);
 863 }
 864
 865 #ifdef CONFIG_SYSFS
 866 static ssize_t vma_ra_enabled_show(struct kobject *kobj,
 867                                      struct kobj_attribute *attr, char *buf)
 868 {
 869         return sprintf(buf, "%s\n", enable_vma_readahead ? "true" : "false");
 870 }
 871 static ssize_t vma_ra_enabled_store(struct kobject *kobj,
 872                                       struct kobj_attribute *attr,
 873                                       const char *buf, size_t count)
 874 {
 875         if (!strncmp(buf, "true", 4) || !strncmp(buf, "1", 1))
 876                 enable_vma_readahead = true;
 877         else if (!strncmp(buf, "false", 5) || !strncmp(buf, "0", 1))
 878                 enable_vma_readahead = false;
 879         else
 880                 return -EINVAL;
 881
 882         return count;
 883 }
 884 static struct kobj_attribute vma_ra_enabled_attr =
 885         __ATTR(vma_ra_enabled, 0644, vma_ra_enabled_show,
 886                vma_ra_enabled_store);
 887
 888 static struct attribute *swap_attrs[] = {
 889         &vma_ra_enabled_attr.attr,
 890         NULL,
 891 };
 892
 893 static struct attribute_group swap_attr_group = {
 894         .attrs = swap_attrs,
 895 };
 896
 897 static int __init swap_init_sysfs(void)
 898 {
 899         int err;
 900         struct kobject *swap_kobj;
 901
 902         swap_kobj = kobject_create_and_add("swap", mm_kobj);
 903         if (!swap_kobj) {
 904                 pr_err("failed to create swap kobject\n");
 905                 return -ENOMEM;
 906         }
 907         err = sysfs_create_group(swap_kobj, &swap_attr_group);
 908         if (err) {
 909                 pr_err("failed to register swap group\n");
 910                 goto delete_obj;
 911         }
 912         return 0;
 913
 914 delete_obj:
 915         kobject_put(swap_kobj);
 916         return err;
 917 }
 918 subsys_initcall(swap_init_sysfs);
 919 #endif