Merge remote-tracking branch 'stable/linux-5.10.y' into rpi-5.10.y
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  linux/mm/vmscan.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *
7  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
8  *  kswapd added: 7.1.96  sct
9  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
10  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
11  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
12  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
13  */
14
15 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
16
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/kernel_stat.h>
22 #include <linux/swap.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/vmpressure.h>
27 #include <linux/vmstat.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
32                                         buffer_heads_over_limit */
33 #include <linux/mm_inline.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/rmap.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <linux/notifier.h>
41 #include <linux/rwsem.h>
42 #include <linux/delay.h>
43 #include <linux/kthread.h>
44 #include <linux/freezer.h>
45 #include <linux/memcontrol.h>
46 #include <linux/delayacct.h>
47 #include <linux/sysctl.h>
48 #include <linux/oom.h>
49 #include <linux/pagevec.h>
50 #include <linux/prefetch.h>
51 #include <linux/printk.h>
52 #include <linux/dax.h>
53 #include <linux/psi.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/div64.h>
57
58 #include <linux/swapops.h>
59 #include <linux/balloon_compaction.h>
60
61 #include "internal.h"
62
63 #define CREATE_TRACE_POINTS
64 #include <trace/events/vmscan.h>
65
66 struct scan_control {
67         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
68         unsigned long nr_to_reclaim;
69
70         /*
71          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
72          * are scanned.
73          */
74         nodemask_t      *nodemask;
75
76         /*
77          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
78          * primary target of this reclaim invocation.
79          */
80         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
81
82         /*
83          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
84          */
85         unsigned long   anon_cost;
86         unsigned long   file_cost;
87
88         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
89 #define DEACTIVATE_ANON 1
90 #define DEACTIVATE_FILE 2
91         unsigned int may_deactivate:2;
92         unsigned int force_deactivate:1;
93         unsigned int skipped_deactivate:1;
94
95         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
96         unsigned int may_writepage:1;
97
98         /* Can mapped pages be reclaimed? */
99         unsigned int may_unmap:1;
100
101         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
102         unsigned int may_swap:1;
103
104         /*
105          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
106          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
107          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
108          */
109         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
110         unsigned int memcg_low_skipped:1;
111
112         unsigned int hibernation_mode:1;
113
114         /* One of the zones is ready for compaction */
115         unsigned int compaction_ready:1;
116
117         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
118         unsigned int cache_trim_mode:1;
119
120         /* The file pages on the current node are dangerously low */
121         unsigned int file_is_tiny:1;
122
123         /* Allocation order */
124         s8 order;
125
126         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
127         s8 priority;
128
129         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
130         s8 reclaim_idx;
131
132         /* This context's GFP mask */
133         gfp_t gfp_mask;
134
135         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
136         unsigned long nr_scanned;
137
138         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
139         unsigned long nr_reclaimed;
140
141         struct {
142                 unsigned int dirty;
143                 unsigned int unqueued_dirty;
144                 unsigned int congested;
145                 unsigned int writeback;
146                 unsigned int immediate;
147                 unsigned int file_taken;
148                 unsigned int taken;
149         } nr;
150
151         /* for recording the reclaimed slab by now */
152         struct reclaim_state reclaim_state;
153 };
154
155 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
156 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
157         do {                                                            \
158                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
159                         struct page *prev;                              \
160                                                                         \
161                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
162                         prefetchw(&prev->_field);                       \
163                 }                                                       \
164         } while (0)
165 #else
166 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
167 #endif
168
169 /*
170  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
171  */
172 int vm_swappiness = 60;
173
174 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
175                                    struct reclaim_state *rs)
176 {
177         /* Check for an overwrite */
178         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
179
180         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
181         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
182
183         task->reclaim_state = rs;
184 }
185
186 static LIST_HEAD(shrinker_list);
187 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
188
189 #ifdef CONFIG_MEMCG
190 /*
191  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
192  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
193  * for the shrinker, since we don't want to impose
194  * restrictions on their internal registration order.
195  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
196  * bit is set in the shrinkers map.
197  *
198  * This value is used by the function to detect registering
199  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
200  */
201 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
202
203 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
204 static int shrinker_nr_max;
205
206 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
207 {
208         int id, ret = -ENOMEM;
209
210         down_write(&shrinker_rwsem);
211         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
212         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
213         if (id < 0)
214                 goto unlock;
215
216         if (id >= shrinker_nr_max) {
217                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
218                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
219                         goto unlock;
220                 }
221
222                 shrinker_nr_max = id + 1;
223         }
224         shrinker->id = id;
225         ret = 0;
226 unlock:
227         up_write(&shrinker_rwsem);
228         return ret;
229 }
230
231 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
232 {
233         int id = shrinker->id;
234
235         BUG_ON(id < 0);
236
237         down_write(&shrinker_rwsem);
238         idr_remove(&shrinker_idr, id);
239         up_write(&shrinker_rwsem);
240 }
241
242 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
243 {
244         return sc->target_mem_cgroup;
245 }
246
247 /**
248  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
249  * @sc: scan_control in question
250  *
251  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
252  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
253  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
254  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
255  * allocation and configurability.
256  *
257  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
258  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
259  */
260 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
261 {
262         if (!cgroup_reclaim(sc))
263                 return true;
264 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
265         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
266                 return true;
267 #endif
268         return false;
269 }
270 #else
271 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
272 {
273         return 0;
274 }
275
276 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
277 {
278 }
279
280 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
281 {
282         return false;
283 }
284
285 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
286 {
287         return true;
288 }
289 #endif
290
291 /*
292  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
293  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
294  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
295  */
296 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
297 {
298         unsigned long nr;
299
300         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
301                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
302         if (get_nr_swap_pages() > 0)
303                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
304                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
305
306         return nr;
307 }
308
309 /**
310  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
311  * @lruvec: lru vector
312  * @lru: lru to use
313  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
314  */
315 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
316 {
317         unsigned long size = 0;
318         int zid;
319
320         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
321                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
322
323                 if (!managed_zone(zone))
324                         continue;
325
326                 if (!mem_cgroup_disabled())
327                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
328                 else
329                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
330         }
331         return size;
332 }
333
334 /*
335  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
336  */
337 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
338 {
339         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
340
341         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
342                 size *= nr_node_ids;
343
344         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
345         if (!shrinker->nr_deferred)
346                 return -ENOMEM;
347
348         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
349                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
350                         goto free_deferred;
351         }
352
353         return 0;
354
355 free_deferred:
356         kfree(shrinker->nr_deferred);
357         shrinker->nr_deferred = NULL;
358         return -ENOMEM;
359 }
360
361 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
362 {
363         if (!shrinker->nr_deferred)
364                 return;
365
366         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
367                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
368
369         kfree(shrinker->nr_deferred);
370         shrinker->nr_deferred = NULL;
371 }
372
373 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
374 {
375         down_write(&shrinker_rwsem);
376         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
377 #ifdef CONFIG_MEMCG
378         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
379                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
380 #endif
381         up_write(&shrinker_rwsem);
382 }
383
384 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
385 {
386         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
387
388         if (err)
389                 return err;
390         register_shrinker_prepared(shrinker);
391         return 0;
392 }
393 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
394
395 /*
396  * Remove one
397  */
398 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
399 {
400         if (!shrinker->nr_deferred)
401                 return;
402         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
403                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
404         down_write(&shrinker_rwsem);
405         list_del(&shrinker->list);
406         up_write(&shrinker_rwsem);
407         kfree(shrinker->nr_deferred);
408         shrinker->nr_deferred = NULL;
409 }
410 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
411
412 #define SHRINK_BATCH 128
413
414 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
415                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
416 {
417         unsigned long freed = 0;
418         unsigned long long delta;
419         long total_scan;
420         long freeable;
421         long nr;
422         long new_nr;
423         int nid = shrinkctl->nid;
424         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
425                                           : SHRINK_BATCH;
426         long scanned = 0, next_deferred;
427
428         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
429                 nid = 0;
430
431         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
432         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
433                 return freeable;
434
435         /*
436          * copy the current shrinker scan count into a local variable
437          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
438          * don't also do this scanning work.
439          */
440         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
441
442         total_scan = nr;
443         if (shrinker->seeks) {
444                 delta = freeable >> priority;
445                 delta *= 4;
446                 do_div(delta, shrinker->seeks);
447         } else {
448                 /*
449                  * These objects don't require any IO to create. Trim
450                  * them aggressively under memory pressure to keep
451                  * them from causing refetches in the IO caches.
452                  */
453                 delta = freeable / 2;
454         }
455
456         total_scan += delta;
457         if (total_scan < 0) {
458                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
459                        shrinker->scan_objects, total_scan);
460                 total_scan = freeable;
461                 next_deferred = nr;
462         } else
463                 next_deferred = total_scan;
464
465         /*
466          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
467          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
468          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
469          * nr being built up so when a shrink that can do some work
470          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
471          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
472          * memory.
473          *
474          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
475          * a large delta change is calculated directly.
476          */
477         if (delta < freeable / 4)
478                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
479
480         /*
481          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
482          * never try to free more than twice the estimate number of
483          * freeable entries.
484          */
485         if (total_scan > freeable * 2)
486                 total_scan = freeable * 2;
487
488         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
489                                    freeable, delta, total_scan, priority);
490
491         /*
492          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
493          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
494          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
495          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
496          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
497          * objects spread over several slabs with usage less than the
498          * batch_size.
499          *
500          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
501          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
502          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
503          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
504          * possible.
505          */
506         while (total_scan >= batch_size ||
507                total_scan >= freeable) {
508                 unsigned long ret;
509                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
510
511                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
512                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
513                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
514                 if (ret == SHRINK_STOP)
515                         break;
516                 freed += ret;
517
518                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
519                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
520                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
521
522                 cond_resched();
523         }
524
525         if (next_deferred >= scanned)
526                 next_deferred -= scanned;
527         else
528                 next_deferred = 0;
529         /*
530          * move the unused scan count back into the shrinker in a
531          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
532          * scan, there is no need to do an update.
533          */
534         if (next_deferred > 0)
535                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
536                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
537         else
538                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
539
540         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
541         return freed;
542 }
543
544 #ifdef CONFIG_MEMCG
545 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
546                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
547 {
548         struct memcg_shrinker_map *map;
549         unsigned long ret, freed = 0;
550         int i;
551
552         if (!mem_cgroup_online(memcg))
553                 return 0;
554
555         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
556                 return 0;
557
558         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
559                                         true);
560         if (unlikely(!map))
561                 goto unlock;
562
563         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
564                 struct shrink_control sc = {
565                         .gfp_mask = gfp_mask,
566                         .nid = nid,
567                         .memcg = memcg,
568                 };
569                 struct shrinker *shrinker;
570
571                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
572                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
573                         if (!shrinker)
574                                 clear_bit(i, map->map);
575                         continue;
576                 }
577
578                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
579                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
580                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
581                         continue;
582
583                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
584                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
585                         clear_bit(i, map->map);
586                         /*
587                          * After the shrinker reported that it had no objects to
588                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
589                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
590                          * added. To make sure, we have the bit set in this
591                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
592                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
593                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
594                          * memcg_set_shrinker_bit():
595                          *
596                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
597                          *   list_add_tail()    clear_bit()
598                          *   <MB>               <MB>
599                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
600                          */
601                         smp_mb__after_atomic();
602                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
603                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
604                                 ret = 0;
605                         else
606                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
607                 }
608                 freed += ret;
609
610                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
611                         freed = freed ? : 1;
612                         break;
613                 }
614         }
615 unlock:
616         up_read(&shrinker_rwsem);
617         return freed;
618 }
619 #else /* CONFIG_MEMCG */
620 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
621                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
622 {
623         return 0;
624 }
625 #endif /* CONFIG_MEMCG */
626
627 /**
628  * shrink_slab - shrink slab caches
629  * @gfp_mask: allocation context
630  * @nid: node whose slab caches to target
631  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
632  * @priority: the reclaim priority
633  *
634  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
635  *
636  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
637  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
638  *
639  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
640  * are called only if it is the root cgroup.
641  *
642  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
643  * in order to get the scan target.
644  *
645  * Returns the number of reclaimed slab objects.
646  */
647 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
648                                  struct mem_cgroup *memcg,
649                                  int priority)
650 {
651         unsigned long ret, freed = 0;
652         struct shrinker *shrinker;
653
654         /*
655          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
656          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
657          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
658          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
659          * oom.
660          */
661         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
662                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
663
664         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
665                 goto out;
666
667         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
668                 struct shrink_control sc = {
669                         .gfp_mask = gfp_mask,
670                         .nid = nid,
671                         .memcg = memcg,
672                 };
673
674                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
675                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
676                         ret = 0;
677                 freed += ret;
678                 /*
679                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
680                  * prevent the registration from being stalled for long periods
681                  * by parallel ongoing shrinking.
682                  */
683                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
684                         freed = freed ? : 1;
685                         break;
686                 }
687         }
688
689         up_read(&shrinker_rwsem);
690 out:
691         cond_resched();
692         return freed;
693 }
694
695 void drop_slab_node(int nid)
696 {
697         unsigned long freed;
698
699         do {
700                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
701
702                 if (fatal_signal_pending(current))
703                         return;
704
705                 freed = 0;
706                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
707                 do {
708                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
709                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
710         } while (freed > 10);
711 }
712
713 void drop_slab(void)
714 {
715         int nid;
716
717         for_each_online_node(nid)
718                 drop_slab_node(nid);
719 }
720
721 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
722 {
723         /*
724          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
725          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
726          * heads at page->private.
727          */
728         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
729         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
730 }
731
732 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
733 {
734         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
735                 return 1;
736         if (!inode_write_congested(inode))
737                 return 1;
738         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
739                 return 1;
740         return 0;
741 }
742
743 /*
744  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
745  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
746  * fsync(), msync() or close().
747  *
748  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
749  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
750  * that page is locked, the mapping is pinned.
751  *
752  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
753  * __GFP_FS.
754  */
755 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
756                                 struct page *page, int error)
757 {
758         lock_page(page);
759         if (page_mapping(page) == mapping)
760                 mapping_set_error(mapping, error);
761         unlock_page(page);
762 }
763
764 /* possible outcome of pageout() */
765 typedef enum {
766         /* failed to write page out, page is locked */
767         PAGE_KEEP,
768         /* move page to the active list, page is locked */
769         PAGE_ACTIVATE,
770         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
771         PAGE_SUCCESS,
772         /* page is clean and locked */
773         PAGE_CLEAN,
774 } pageout_t;
775
776 /*
777  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
778  * Calls ->writepage().
779  */
780 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
781 {
782         /*
783          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
784          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
785          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
786          * stalls if we need to run get_block().  We could test
787          * PagePrivate for that.
788          *
789          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
790          * this page's queue, we can perform writeback even if that
791          * will block.
792          *
793          * If the page is swapcache, write it back even if that would
794          * block, for some throttling. This happens by accident, because
795          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
796          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
797          */
798         if (!is_page_cache_freeable(page))
799                 return PAGE_KEEP;
800         if (!mapping) {
801                 /*
802                  * Some data journaling orphaned pages can have
803                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
804                  */
805                 if (page_has_private(page)) {
806                         if (try_to_free_buffers(page)) {
807                                 ClearPageDirty(page);
808                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
809                                 return PAGE_CLEAN;
810                         }
811                 }
812                 return PAGE_KEEP;
813         }
814         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
815                 return PAGE_ACTIVATE;
816         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
817                 return PAGE_KEEP;
818
819         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
820                 int res;
821                 struct writeback_control wbc = {
822                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
823                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
824                         .range_start = 0,
825                         .range_end = LLONG_MAX,
826                         .for_reclaim = 1,
827                 };
828
829                 SetPageReclaim(page);
830                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
831                 if (res < 0)
832                         handle_write_error(mapping, page, res);
833                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
834                         ClearPageReclaim(page);
835                         return PAGE_ACTIVATE;
836                 }
837
838                 if (!PageWriteback(page)) {
839                         /* synchronous write or broken a_ops? */
840                         ClearPageReclaim(page);
841                 }
842                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
843                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
844                 return PAGE_SUCCESS;
845         }
846
847         return PAGE_CLEAN;
848 }
849
850 /*
851  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
852  * gets returned with a refcount of 0.
853  */
854 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
855                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
856 {
857         unsigned long flags;
858         int refcount;
859         void *shadow = NULL;
860
861         BUG_ON(!PageLocked(page));
862         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
863
864         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
865         /*
866          * The non racy check for a busy page.
867          *
868          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
869          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
870          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
871          * here, then the following race may occur:
872          *
873          * get_user_pages(&page);
874          * [user mapping goes away]
875          * write_to(page);
876          *                              !PageDirty(page)    [good]
877          * SetPageDirty(page);
878          * put_page(page);
879          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
880          *
881          * [oops, our write_to data is lost]
882          *
883          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
884          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
885          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
886          *
887          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
888          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
889          */
890         refcount = 1 + compound_nr(page);
891         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
892                 goto cannot_free;
893         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
894         if (unlikely(PageDirty(page))) {
895                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
896                 goto cannot_free;
897         }
898
899         if (PageSwapCache(page)) {
900                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
901                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
902                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
903                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
904                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
905                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
906                 put_swap_page(page, swap);
907         } else {
908                 void (*freepage)(struct page *);
909
910                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
911                 /*
912                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
913                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
914                  *
915                  * But don't store shadows in an address space that is
916                  * already exiting.  This is not just an optimization,
917                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
918                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
919                  * back.
920                  *
921                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
922                  * only page cache pages found in these are zero pages
923                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
924                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
925                  * same address_space.
926                  */
927                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
928                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
929                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
930                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
931                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
932
933                 if (freepage != NULL)
934                         freepage(page);
935         }
936
937         return 1;
938
939 cannot_free:
940         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
941         return 0;
942 }
943
944 /*
945  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
946  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
947  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
948  * this page.
949  */
950 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
951 {
952         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
953                 /*
954                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
955                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
956                  * atomic operation.
957                  */
958                 page_ref_unfreeze(page, 1);
959                 return 1;
960         }
961         return 0;
962 }
963
964 /**
965  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
966  * @page: page to be put back to appropriate lru list
967  *
968  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
969  * Page may still be unevictable for other reasons.
970  *
971  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
972  */
973 void putback_lru_page(struct page *page)
974 {
975         lru_cache_add(page);
976         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
977 }
978
979 enum page_references {
980         PAGEREF_RECLAIM,
981         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
982         PAGEREF_KEEP,
983         PAGEREF_ACTIVATE,
984 };
985
986 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
987                                                   struct scan_control *sc)
988 {
989         int referenced_ptes, referenced_page;
990         unsigned long vm_flags;
991
992         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
993                                           &vm_flags);
994         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
995
996         /*
997          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
998          * move the page to the unevictable list.
999          */
1000         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1001                 return PAGEREF_RECLAIM;
1002
1003         if (referenced_ptes) {
1004                 /*
1005                  * All mapped pages start out with page table
1006                  * references from the instantiating fault, so we need
1007                  * to look twice if a mapped file page is used more
1008                  * than once.
1009                  *
1010                  * Mark it and spare it for another trip around the
1011                  * inactive list.  Another page table reference will
1012                  * lead to its activation.
1013                  *
1014                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1015                  * so that recently deactivated but used pages are
1016                  * quickly recovered.
1017                  */
1018                 SetPageReferenced(page);
1019
1020                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1021                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1022
1023                 /*
1024                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1025                  */
1026                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1027                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1028
1029                 return PAGEREF_KEEP;
1030         }
1031
1032         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1033         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1034                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1035
1036         return PAGEREF_RECLAIM;
1037 }
1038
1039 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1040 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1041                                        bool *dirty, bool *writeback)
1042 {
1043         struct address_space *mapping;
1044
1045         /*
1046          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1047          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1048          */
1049         if (!page_is_file_lru(page) ||
1050             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1051                 *dirty = false;
1052                 *writeback = false;
1053                 return;
1054         }
1055
1056         /* By default assume that the page flags are accurate */
1057         *dirty = PageDirty(page);
1058         *writeback = PageWriteback(page);
1059
1060         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1061         if (!page_has_private(page))
1062                 return;
1063
1064         mapping = page_mapping(page);
1065         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1066                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1071  */
1072 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1073                                      struct pglist_data *pgdat,
1074                                      struct scan_control *sc,
1075                                      struct reclaim_stat *stat,
1076                                      bool ignore_references)
1077 {
1078         LIST_HEAD(ret_pages);
1079         LIST_HEAD(free_pages);
1080         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1081         unsigned int pgactivate = 0;
1082
1083         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1084         cond_resched();
1085
1086         while (!list_empty(page_list)) {
1087                 struct address_space *mapping;
1088                 struct page *page;
1089                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1090                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1091                 unsigned int nr_pages;
1092
1093                 cond_resched();
1094
1095                 page = lru_to_page(page_list);
1096                 list_del(&page->lru);
1097
1098                 if (!trylock_page(page))
1099                         goto keep;
1100
1101                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1102
1103                 nr_pages = compound_nr(page);
1104
1105                 /* Account the number of base pages even though THP */
1106                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1107
1108                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1109                         goto activate_locked;
1110
1111                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1112                         goto keep_locked;
1113
1114                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1115                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1116
1117                 /*
1118                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1119                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1120                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1121                  * is all dirty unqueued pages.
1122                  */
1123                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1124                 if (dirty || writeback)
1125                         stat->nr_dirty++;
1126
1127                 if (dirty && !writeback)
1128                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1129
1130                 /*
1131                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1132                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1133                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1134                  * end of the LRU a second time.
1135                  */
1136                 mapping = page_mapping(page);
1137                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1138                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1139                     (writeback && PageReclaim(page)))
1140                         stat->nr_congested++;
1141
1142                 /*
1143                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1144                  * are three cases to consider.
1145                  *
1146                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1147                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1148                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1149                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1150                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1151                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1152                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1153                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1154                  *    caller can stall after page list has been processed.
1155                  *
1156                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1157                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1158                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1159                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1160                  *    reclaim and continue scanning.
1161                  *
1162                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1163                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1164                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1165                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1166                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1167                  *    would probably show more reasons.
1168                  *
1169                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1170                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1171                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1172                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1173                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1174                  *
1175                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1176                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1177                  * inactive list and refilling from the active list. The
1178                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1179                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1180                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1181                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1182                  * takes to write them to disk.
1183                  */
1184                 if (PageWriteback(page)) {
1185                         /* Case 1 above */
1186                         if (current_is_kswapd() &&
1187                             PageReclaim(page) &&
1188                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1189                                 stat->nr_immediate++;
1190                                 goto activate_locked;
1191
1192                         /* Case 2 above */
1193                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1194                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1195                                 /*
1196                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1197                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1198                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1199                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1200                                  * enough to care.  What we do want is for this
1201                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1202                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1203                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1204                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1205                                  */
1206                                 SetPageReclaim(page);
1207                                 stat->nr_writeback++;
1208                                 goto activate_locked;
1209
1210                         /* Case 3 above */
1211                         } else {
1212                                 unlock_page(page);
1213                                 wait_on_page_writeback(page);
1214                                 /* then go back and try same page again */
1215                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1216                                 continue;
1217                         }
1218                 }
1219
1220                 if (!ignore_references)
1221                         references = page_check_references(page, sc);
1222
1223                 switch (references) {
1224                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1225                         goto activate_locked;
1226                 case PAGEREF_KEEP:
1227                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1228                         goto keep_locked;
1229                 case PAGEREF_RECLAIM:
1230                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1231                         ; /* try to reclaim the page below */
1232                 }
1233
1234                 /*
1235                  * Anonymous process memory has backing store?
1236                  * Try to allocate it some swap space here.
1237                  * Lazyfree page could be freed directly
1238                  */
1239                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1240                         if (!PageSwapCache(page)) {
1241                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1242                                         goto keep_locked;
1243                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1244                                         goto keep_locked;
1245                                 if (PageTransHuge(page)) {
1246                                         /* cannot split THP, skip it */
1247                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1248                                                 goto activate_locked;
1249                                         /*
1250                                          * Split pages without a PMD map right
1251                                          * away. Chances are some or all of the
1252                                          * tail pages can be freed without IO.
1253                                          */
1254                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1255                                             split_huge_page_to_list(page,
1256                                                                     page_list))
1257                                                 goto activate_locked;
1258                                 }
1259                                 if (!add_to_swap(page)) {
1260                                         if (!PageTransHuge(page))
1261                                                 goto activate_locked_split;
1262                                         /* Fallback to swap normal pages */
1263                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1264                                                                     page_list))
1265                                                 goto activate_locked;
1266 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1267                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1268 #endif
1269                                         if (!add_to_swap(page))
1270                                                 goto activate_locked_split;
1271                                 }
1272
1273                                 may_enter_fs = true;
1274
1275                                 /* Adding to swap updated mapping */
1276                                 mapping = page_mapping(page);
1277                         }
1278                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1279                         /* Split file THP */
1280                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1281                                 goto keep_locked;
1282                 }
1283
1284                 /*
1285                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1286                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1287                  *
1288                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1289                  * reach here.
1290                  */
1291                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1292                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1293                         nr_pages = 1;
1294                 }
1295
1296                 /*
1297                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1298                  * processes. Try to unmap it here.
1299                  */
1300                 if (page_mapped(page)) {
1301                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1302                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1303
1304                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1305                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1306
1307                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1308                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1309                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1310                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1311                                 goto activate_locked;
1312                         }
1313                 }
1314
1315                 if (PageDirty(page)) {
1316                         /*
1317                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1318                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1319                          * injecting inefficient single-page IO into
1320                          * flusher writeback as much as possible: only
1321                          * write pages when we've encountered many
1322                          * dirty pages, and when we've already scanned
1323                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1324                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1325                          */
1326                         if (page_is_file_lru(page) &&
1327                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1328                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1329                                 /*
1330                                  * Immediately reclaim when written back.
1331                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1332                                  * except we already have the page isolated
1333                                  * and know it's dirty
1334                                  */
1335                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1336                                 SetPageReclaim(page);
1337
1338                                 goto activate_locked;
1339                         }
1340
1341                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1342                                 goto keep_locked;
1343                         if (!may_enter_fs)
1344                                 goto keep_locked;
1345                         if (!sc->may_writepage)
1346                                 goto keep_locked;
1347
1348                         /*
1349                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1350                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1351                          * starts and then write it out here.
1352                          */
1353                         try_to_unmap_flush_dirty();
1354                         switch (pageout(page, mapping)) {
1355                         case PAGE_KEEP:
1356                                 goto keep_locked;
1357                         case PAGE_ACTIVATE:
1358                                 goto activate_locked;
1359                         case PAGE_SUCCESS:
1360                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1361
1362                                 if (PageWriteback(page))
1363                                         goto keep;
1364                                 if (PageDirty(page))
1365                                         goto keep;
1366
1367                                 /*
1368                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1369                                  * ahead and try to reclaim the page.
1370                                  */
1371                                 if (!trylock_page(page))
1372                                         goto keep;
1373                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1374                                         goto keep_locked;
1375                                 mapping = page_mapping(page);
1376                         case PAGE_CLEAN:
1377                                 ; /* try to free the page below */
1378                         }
1379                 }
1380
1381                 /*
1382                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1383                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1384                  * the page as well.
1385                  *
1386                  * We do this even if the page is PageDirty().
1387                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1388                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1389                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1390                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1391                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1392                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1393                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1394                  *
1395                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1396                  * the pages which were not successfully invalidated in
1397                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1398                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1399                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1400                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1401                  */
1402                 if (page_has_private(page)) {
1403                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1404                                 goto activate_locked;
1405                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1406                                 unlock_page(page);
1407                                 if (put_page_testzero(page))
1408                                         goto free_it;
1409                                 else {
1410                                         /*
1411                                          * rare race with speculative reference.
1412                                          * the speculative reference will free
1413                                          * this page shortly, so we may
1414                                          * increment nr_reclaimed here (and
1415                                          * leave it off the LRU).
1416                                          */
1417                                         nr_reclaimed++;
1418                                         continue;
1419                                 }
1420                         }
1421                 }
1422
1423                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1424                         /* follow __remove_mapping for reference */
1425                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1426                                 goto keep_locked;
1427                         if (PageDirty(page)) {
1428                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1429                                 goto keep_locked;
1430                         }
1431
1432                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1433                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1434                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1435                                                          sc->target_mem_cgroup))
1436                         goto keep_locked;
1437
1438                 unlock_page(page);
1439 free_it:
1440                 /*
1441                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1442                  * all base pages.
1443                  */
1444                 nr_reclaimed += nr_pages;
1445
1446                 /*
1447                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1448                  * appear not as the counts should be low
1449                  */
1450                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1451                         destroy_compound_page(page);
1452                 else
1453                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1454                 continue;
1455
1456 activate_locked_split:
1457                 /*
1458                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1459                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1460                  */
1461                 if (nr_pages > 1) {
1462                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1463                         nr_pages = 1;
1464                 }
1465 activate_locked:
1466                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1467                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1468                                                 PageMlocked(page)))
1469                         try_to_free_swap(page);
1470                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1471                 if (!PageMlocked(page)) {
1472                         int type = page_is_file_lru(page);
1473                         SetPageActive(page);
1474                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1475                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1476                 }
1477 keep_locked:
1478                 unlock_page(page);
1479 keep:
1480                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1481                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1482         }
1483
1484         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1485
1486         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1487         try_to_unmap_flush();
1488         free_unref_page_list(&free_pages);
1489
1490         list_splice(&ret_pages, page_list);
1491         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1492
1493         return nr_reclaimed;
1494 }
1495
1496 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1497                                             struct list_head *page_list)
1498 {
1499         struct scan_control sc = {
1500                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1501                 .priority = DEF_PRIORITY,
1502                 .may_unmap = 1,
1503         };
1504         struct reclaim_stat stat;
1505         unsigned int nr_reclaimed;
1506         struct page *page, *next;
1507         LIST_HEAD(clean_pages);
1508
1509         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1510                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1511                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1512                         ClearPageActive(page);
1513                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1514                 }
1515         }
1516
1517         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1518                                         &stat, true);
1519         list_splice(&clean_pages, page_list);
1520         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1521                             -(long)nr_reclaimed);
1522         /*
1523          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1524          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1525          * discard so isolated count will be mismatched.
1526          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1527          */
1528         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1529                             stat.nr_lazyfree_fail);
1530         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1531                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
1532         return nr_reclaimed;
1533 }
1534
1535 /*
1536  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1537  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1538  * freed elsewhere are also ignored.
1539  *
1540  * page:        page to consider
1541  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1542  *
1543  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1544  */
1545 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1546 {
1547         int ret = -EINVAL;
1548
1549         /* Only take pages on the LRU. */
1550         if (!PageLRU(page))
1551                 return ret;
1552
1553         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1554         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1555                 return ret;
1556
1557         ret = -EBUSY;
1558
1559         /*
1560          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1561          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1562          * blocking - clean pages for the most part.
1563          *
1564          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1565          * that it is possible to migrate without blocking
1566          */
1567         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1568                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1569                 if (PageWriteback(page))
1570                         return ret;
1571
1572                 if (PageDirty(page)) {
1573                         struct address_space *mapping;
1574                         bool migrate_dirty;
1575
1576                         /*
1577                          * Only pages without mappings or that have a
1578                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1579                          * without blocking. However, we can be racing with
1580                          * truncation so it's necessary to lock the page
1581                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1582                          * the page lock until after the page is removed
1583                          * from the page cache.
1584                          */
1585                         if (!trylock_page(page))
1586                                 return ret;
1587
1588                         mapping = page_mapping(page);
1589                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1590                         unlock_page(page);
1591                         if (!migrate_dirty)
1592                                 return ret;
1593                 }
1594         }
1595
1596         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1597                 return ret;
1598
1599         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1600                 /*
1601                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1602                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1603                  * page release code relies on it.
1604                  */
1605                 ClearPageLRU(page);
1606                 ret = 0;
1607         }
1608
1609         return ret;
1610 }
1611
1612
1613 /*
1614  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1615  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1616  */
1617 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1618                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1619 {
1620         int zid;
1621
1622         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1623                 if (!nr_zone_taken[zid])
1624                         continue;
1625
1626                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1627         }
1628
1629 }
1630
1631 /**
1632  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1633  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1634  * and working on them outside the LRU lock.
1635  *
1636  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1637  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1638  *
1639  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1640  *
1641  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1642  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1643  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1644  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1645  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1646  * @lru:        LRU list id for isolating
1647  *
1648  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1649  */
1650 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1651                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1652                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1653                 enum lru_list lru)
1654 {
1655         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1656         unsigned long nr_taken = 0;
1657         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1658         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1659         unsigned long skipped = 0;
1660         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1661         LIST_HEAD(pages_skipped);
1662         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1663
1664         total_scan = 0;
1665         scan = 0;
1666         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1667                 struct page *page;
1668
1669                 page = lru_to_page(src);
1670                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1671
1672                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1673
1674                 nr_pages = compound_nr(page);
1675                 total_scan += nr_pages;
1676
1677                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1678                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1679                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1680                         continue;
1681                 }
1682
1683                 /*
1684                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1685                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1686                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1687                  * pages, triggering a premature OOM.
1688                  *
1689                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1690                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1691                  * only when the page is being freed somewhere else.
1692                  */
1693                 scan += nr_pages;
1694                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1695                 case 0:
1696                         nr_taken += nr_pages;
1697                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1698                         list_move(&page->lru, dst);
1699                         break;
1700
1701                 case -EBUSY:
1702                         /* else it is being freed elsewhere */
1703                         list_move(&page->lru, src);
1704                         continue;
1705
1706                 default:
1707                         BUG();
1708                 }
1709         }
1710
1711         /*
1712          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1713          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1714          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1715          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1716          * system at risk of premature OOM.
1717          */
1718         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1719                 int zid;
1720
1721                 list_splice(&pages_skipped, src);
1722                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1723                         if (!nr_skipped[zid])
1724                                 continue;
1725
1726                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1727                         skipped += nr_skipped[zid];
1728                 }
1729         }
1730         *nr_scanned = total_scan;
1731         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1732                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1733         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1734         return nr_taken;
1735 }
1736
1737 /**
1738  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1739  * @page: page to isolate from its LRU list
1740  *
1741  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1742  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1743  *
1744  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1745  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1746  *
1747  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1748  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1749  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1750  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1751  *
1752  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1753  * found will be decremented.
1754  *
1755  * Restrictions:
1756  *
1757  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1758  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
1759  *     without a stable reference).
1760  * (2) the lru_lock must not be held.
1761  * (3) interrupts must be enabled.
1762  */
1763 int isolate_lru_page(struct page *page)
1764 {
1765         int ret = -EBUSY;
1766
1767         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1768         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1769
1770         if (PageLRU(page)) {
1771                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1772                 struct lruvec *lruvec;
1773
1774                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1775                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1776                 if (PageLRU(page)) {
1777                         int lru = page_lru(page);
1778                         get_page(page);
1779                         ClearPageLRU(page);
1780                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1781                         ret = 0;
1782                 }
1783                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1784         }
1785         return ret;
1786 }
1787
1788 /*
1789  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1790  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1791  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1792  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1793  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1794  */
1795 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1796                 struct scan_control *sc)
1797 {
1798         unsigned long inactive, isolated;
1799
1800         if (current_is_kswapd())
1801                 return 0;
1802
1803         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1804                 return 0;
1805
1806         if (file) {
1807                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1808                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1809         } else {
1810                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1811                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1812         }
1813
1814         /*
1815          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1816          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1817          * deadlock.
1818          */
1819         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1820                 inactive >>= 3;
1821
1822         return isolated > inactive;
1823 }
1824
1825 /*
1826  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1827  *
1828  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1829  * processes, from rmap.
1830  *
1831  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1832  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1833  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1834  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1835  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1836  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1837  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1838  *
1839  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1840  * But we had to alter page->flags anyway.
1841  *
1842  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1843  */
1844
1845 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1846                                                      struct list_head *list)
1847 {
1848         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1849         int nr_pages, nr_moved = 0;
1850         LIST_HEAD(pages_to_free);
1851         struct page *page;
1852         enum lru_list lru;
1853
1854         while (!list_empty(list)) {
1855                 page = lru_to_page(list);
1856                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1857                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1858                         list_del(&page->lru);
1859                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1860                         putback_lru_page(page);
1861                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1862                         continue;
1863                 }
1864                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1865
1866                 SetPageLRU(page);
1867                 lru = page_lru(page);
1868
1869                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
1870                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1871                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1872
1873                 if (put_page_testzero(page)) {
1874                         __ClearPageLRU(page);
1875                         __ClearPageActive(page);
1876                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1877
1878                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1879                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1880                                 destroy_compound_page(page);
1881                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1882                         } else
1883                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1884                 } else {
1885                         nr_moved += nr_pages;
1886                         if (PageActive(page))
1887                                 workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
1888                 }
1889         }
1890
1891         /*
1892          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1893          */
1894         list_splice(&pages_to_free, list);
1895
1896         return nr_moved;
1897 }
1898
1899 /*
1900  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1901  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
1902  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1903  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1904  */
1905 static int current_may_throttle(void)
1906 {
1907         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
1908                 current->backing_dev_info == NULL ||
1909                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1910 }
1911
1912 /*
1913  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1914  * of reclaimed pages
1915  */
1916 static noinline_for_stack unsigned long
1917 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1918                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1919 {
1920         LIST_HEAD(page_list);
1921         unsigned long nr_scanned;
1922         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1923         unsigned long nr_taken;
1924         struct reclaim_stat stat;
1925         bool file = is_file_lru(lru);
1926         enum vm_event_item item;
1927         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1928         bool stalled = false;
1929
1930         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1931                 if (stalled)
1932                         return 0;
1933
1934                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1935                 msleep(100);
1936                 stalled = true;
1937
1938                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1939                 if (fatal_signal_pending(current))
1940                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1941         }
1942
1943         lru_add_drain();
1944
1945         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1946
1947         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1948                                      &nr_scanned, sc, lru);
1949
1950         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1951         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1952         if (!cgroup_reclaim(sc))
1953                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1954         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1955         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
1956
1957         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1958
1959         if (nr_taken == 0)
1960                 return 0;
1961
1962         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
1963
1964         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1965
1966         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1967
1968         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1969         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
1970         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1971         if (!cgroup_reclaim(sc))
1972                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1973         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1974         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
1975
1976         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1977
1978         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1979         free_unref_page_list(&page_list);
1980
1981         /*
1982          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1983          * implies that flushers are not doing their job. This can
1984          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1985          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1986          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1987          * dirty pages grows not through writes but through memory
1988          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1989          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1990          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1991          */
1992         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1993                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1994
1995         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1996         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1997         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1998         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1999         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2000         sc->nr.taken += nr_taken;
2001         if (file)
2002                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2003
2004         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2005                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2006         return nr_reclaimed;
2007 }
2008
2009 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2010                                struct lruvec *lruvec,
2011                                struct scan_control *sc,
2012                                enum lru_list lru)
2013 {
2014         unsigned long nr_taken;
2015         unsigned long nr_scanned;
2016         unsigned long vm_flags;
2017         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2018         LIST_HEAD(l_active);
2019         LIST_HEAD(l_inactive);
2020         struct page *page;
2021         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2022         unsigned nr_rotated = 0;
2023         int file = is_file_lru(lru);
2024         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2025
2026         lru_add_drain();
2027
2028         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2029
2030         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2031                                      &nr_scanned, sc, lru);
2032
2033         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2034
2035         if (!cgroup_reclaim(sc))
2036                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2037         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2038
2039         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2040
2041         while (!list_empty(&l_hold)) {
2042                 cond_resched();
2043                 page = lru_to_page(&l_hold);
2044                 list_del(&page->lru);
2045
2046                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2047                         putback_lru_page(page);
2048                         continue;
2049                 }
2050
2051                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2052                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2053                                 if (page_has_private(page))
2054                                         try_to_release_page(page, 0);
2055                                 unlock_page(page);
2056                         }
2057                 }
2058
2059                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2060                                     &vm_flags)) {
2061                         /*
2062                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2063                          * give them one more trip around the active list. So
2064                          * that executable code get better chances to stay in
2065                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2066                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2067                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2068                          * so we ignore them here.
2069                          */
2070                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2071                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2072                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2073                                 continue;
2074                         }
2075                 }
2076
2077                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2078                 SetPageWorkingset(page);
2079                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2080         }
2081
2082         /*
2083          * Move pages back to the lru list.
2084          */
2085         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2086
2087         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2088         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2089         /* Keep all free pages in l_active list */
2090         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2091
2092         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2093         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2094
2095         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2096         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2097
2098         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2099         free_unref_page_list(&l_active);
2100         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2101                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2102 }
2103
2104 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2105 {
2106         int nid = NUMA_NO_NODE;
2107         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2108         LIST_HEAD(node_page_list);
2109         struct reclaim_stat dummy_stat;
2110         struct page *page;
2111         struct scan_control sc = {
2112                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2113                 .priority = DEF_PRIORITY,
2114                 .may_writepage = 1,
2115                 .may_unmap = 1,
2116                 .may_swap = 1,
2117         };
2118
2119         while (!list_empty(page_list)) {
2120                 page = lru_to_page(page_list);
2121                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2122                         nid = page_to_nid(page);
2123                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2124                 }
2125
2126                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2127                         ClearPageActive(page);
2128                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2129                         continue;
2130                 }
2131
2132                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2133                                                 NODE_DATA(nid),
2134                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2135                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2136                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2137                         list_del(&page->lru);
2138                         putback_lru_page(page);
2139                 }
2140
2141                 nid = NUMA_NO_NODE;
2142         }
2143
2144         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2145                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2146                                                 NODE_DATA(nid),
2147                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2148                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2149                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2150                         list_del(&page->lru);
2151                         putback_lru_page(page);
2152                 }
2153         }
2154
2155         return nr_reclaimed;
2156 }
2157
2158 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2159                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2160 {
2161         if (is_active_lru(lru)) {
2162                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2163                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2164                 else
2165                         sc->skipped_deactivate = 1;
2166                 return 0;
2167         }
2168
2169         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2174  * to do too much work.
2175  *
2176  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2177  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2178  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2179  *
2180  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2181  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2182  *
2183  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2184  *
2185  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2186  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2187  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2188  *
2189  * total     target    max
2190  * memory    ratio     inactive
2191  * -------------------------------------
2192  *   10MB       1         5MB
2193  *  100MB       1        50MB
2194  *    1GB       3       250MB
2195  *   10GB      10       0.9GB
2196  *  100GB      31         3GB
2197  *    1TB     101        10GB
2198  *   10TB     320        32GB
2199  */
2200 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2201 {
2202         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2203         unsigned long inactive, active;
2204         unsigned long inactive_ratio;
2205         unsigned long gb;
2206
2207         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2208         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2209
2210         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2211         if (gb)
2212                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2213         else
2214                 inactive_ratio = 1;
2215
2216         return inactive * inactive_ratio < active;
2217 }
2218
2219 enum scan_balance {
2220         SCAN_EQUAL,
2221         SCAN_FRACT,
2222         SCAN_ANON,
2223         SCAN_FILE,
2224 };
2225
2226 /*
2227  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2228  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2229  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2230  * onto the active list instead of evict.
2231  *
2232  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2233  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2234  */
2235 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2236                            unsigned long *nr)
2237 {
2238         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2239         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2240         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2241         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2242         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2243         enum scan_balance scan_balance;
2244         unsigned long ap, fp;
2245         enum lru_list lru;
2246
2247         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2248         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2249                 scan_balance = SCAN_FILE;
2250                 goto out;
2251         }
2252
2253         /*
2254          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2255          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2256          * disable swapping for individual groups completely when
2257          * using the memory controller's swap limit feature would be
2258          * too expensive.
2259          */
2260         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2261                 scan_balance = SCAN_FILE;
2262                 goto out;
2263         }
2264
2265         /*
2266          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2267          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2268          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2269          */
2270         if (!sc->priority && swappiness) {
2271                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2272                 goto out;
2273         }
2274
2275         /*
2276          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2277          */
2278         if (sc->file_is_tiny) {
2279                 scan_balance = SCAN_ANON;
2280                 goto out;
2281         }
2282
2283         /*
2284          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2285          * anything from the anonymous working right now.
2286          */
2287         if (sc->cache_trim_mode) {
2288                 scan_balance = SCAN_FILE;
2289                 goto out;
2290         }
2291
2292         scan_balance = SCAN_FRACT;
2293         /*
2294          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2295          *
2296          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2297          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2298          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2299          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2300          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2301          *
2302          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2303          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2304          * applied, before swappiness.
2305          *
2306          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2307          */
2308         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2309         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2310         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2311         total_cost = anon_cost + file_cost;
2312
2313         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2314         ap /= anon_cost + 1;
2315
2316         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2317         fp /= file_cost + 1;
2318
2319         fraction[0] = ap;
2320         fraction[1] = fp;
2321         denominator = ap + fp;
2322 out:
2323         for_each_evictable_lru(lru) {
2324                 int file = is_file_lru(lru);
2325                 unsigned long lruvec_size;
2326                 unsigned long scan;
2327                 unsigned long protection;
2328
2329                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2330                 protection = mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup,
2331                                                    memcg,
2332                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2333
2334                 if (protection) {
2335                         /*
2336                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2337                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2338                          * setting.
2339                          *
2340                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2341                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2342                          * approach the memory protection threshold, to totally
2343                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2344                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2345                          * also means we simply get no protection at all if we
2346                          * set it too low, which is not ideal.
2347                          *
2348                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2349                          * pressure by how much of the total memory used is
2350                          * within protection thresholds.
2351                          *
2352                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2353                          * we skip over all groups that are within their low
2354                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2355                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2356                          * the best-effort low protection. However, we still
2357                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2358                          * that case instead of simply punishing them all
2359                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2360                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2361                          * again by how much of the total memory used is under
2362                          * hard protection.
2363                          */
2364                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2365
2366                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2367                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2368
2369                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2370                                 cgroup_size;
2371
2372                         /*
2373                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2374                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2375                          * sc->priority further than desirable.
2376                          */
2377                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2378                 } else {
2379                         scan = lruvec_size;
2380                 }
2381
2382                 scan >>= sc->priority;
2383
2384                 /*
2385                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2386                  * scrape out the remaining cache.
2387                  */
2388                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2389                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2390
2391                 switch (scan_balance) {
2392                 case SCAN_EQUAL:
2393                         /* Scan lists relative to size */
2394                         break;
2395                 case SCAN_FRACT:
2396                         /*
2397                          * Scan types proportional to swappiness and
2398                          * their relative recent reclaim efficiency.
2399                          * Make sure we don't miss the last page on
2400                          * the offlined memory cgroups because of a
2401                          * round-off error.
2402                          */
2403                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2404                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2405                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2406                                                   denominator);
2407                         break;
2408                 case SCAN_FILE:
2409                 case SCAN_ANON:
2410                         /* Scan one type exclusively */
2411                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2412                                 scan = 0;
2413                         break;
2414                 default:
2415                         /* Look ma, no brain */
2416                         BUG();
2417                 }
2418
2419                 nr[lru] = scan;
2420         }
2421 }
2422
2423 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2424 {
2425         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2426         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2427         unsigned long nr_to_scan;
2428         enum lru_list lru;
2429         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2430         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2431         struct blk_plug plug;
2432         bool scan_adjusted;
2433
2434         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2435
2436         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2437         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2438
2439         /*
2440          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2441          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2442          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2443          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2444          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2445          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2446          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2447          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2448          * dropped to zero at the first pass.
2449          */
2450         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2451                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2452
2453         blk_start_plug(&plug);
2454         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2455                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2456                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2457                 unsigned long nr_scanned;
2458
2459                 for_each_evictable_lru(lru) {
2460                         if (nr[lru]) {
2461                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2462                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2463
2464                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2465                                                             lruvec, sc);
2466                         }
2467                 }
2468
2469                 cond_resched();
2470
2471                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2472                         continue;
2473
2474                 /*
2475                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2476                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2477                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2478                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2479                  * proportional to the original scan target.
2480                  */
2481                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2482                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2483
2484                 /*
2485                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2486                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2487                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2488                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2489                  */
2490                 if (!nr_file || !nr_anon)
2491                         break;
2492
2493                 if (nr_file > nr_anon) {
2494                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2495                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2496                         lru = LRU_BASE;
2497                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2498                 } else {
2499                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2500                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2501                         lru = LRU_FILE;
2502                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2503                 }
2504
2505                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2506                 nr[lru] = 0;
2507                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2508
2509                 /*
2510                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2511                  * scan target and the percentage scanning already complete
2512                  */
2513                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2514                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2515                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2516                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2517
2518                 lru += LRU_ACTIVE;
2519                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2520                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2521                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2522
2523                 scan_adjusted = true;
2524         }
2525         blk_finish_plug(&plug);
2526         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2527
2528         /*
2529          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2530          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2531          */
2532         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2533                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2534                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2535 }
2536
2537 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2538 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2539 {
2540         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2541                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2542                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2543                 return true;
2544
2545         return false;
2546 }
2547
2548 /*
2549  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2550  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2551  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2552  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2553  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2554  */
2555 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2556                                         unsigned long nr_reclaimed,
2557                                         struct scan_control *sc)
2558 {
2559         unsigned long pages_for_compaction;
2560         unsigned long inactive_lru_pages;
2561         int z;
2562
2563         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2564         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2565                 return false;
2566
2567         /*
2568          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2569          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2570          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2571          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2572          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2573          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2574          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2575          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2576          */
2577         if (!nr_reclaimed)
2578                 return false;
2579
2580         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2581         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2582                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2583                 if (!managed_zone(zone))
2584                         continue;
2585
2586                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2587                 case COMPACT_SUCCESS:
2588                 case COMPACT_CONTINUE:
2589                         return false;
2590                 default:
2591                         /* check next zone */
2592                         ;
2593                 }
2594         }
2595
2596         /*
2597          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2598          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2599          */
2600         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2601         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2602         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2603                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2604
2605         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2606 }
2607
2608 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2609 {
2610         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2611         struct mem_cgroup *memcg;
2612
2613         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2614         do {
2615                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2616                 unsigned long reclaimed;
2617                 unsigned long scanned;
2618
2619                 /*
2620                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
2621                  * aren't eligible for reclaim - either because they
2622                  * don't have any reclaimable pages, or because their
2623                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
2624                  */
2625                 cond_resched();
2626
2627                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
2628
2629                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
2630                         /*
2631                          * Hard protection.
2632                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2633                          */
2634                         continue;
2635                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
2636                         /*
2637                          * Soft protection.
2638                          * Respect the protection only as long as
2639                          * there is an unprotected supply
2640                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2641                          */
2642                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2643                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2644                                 continue;
2645                         }
2646                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2647                 }
2648
2649                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2650                 scanned = sc->nr_scanned;
2651
2652                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2653
2654                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2655                             sc->priority);
2656
2657                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2658                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2659                            sc->nr_scanned - scanned,
2660                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2661
2662         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2663 }
2664
2665 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2666 {
2667         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2668         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2669         struct lruvec *target_lruvec;
2670         bool reclaimable = false;
2671         unsigned long file;
2672
2673         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2674
2675 again:
2676         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2677
2678         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2679         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2680
2681         /*
2682          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2683          */
2684         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2685         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2686         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2687         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2688
2689         /*
2690          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2691          * and file LRU lists.
2692          */
2693         if (!sc->force_deactivate) {
2694                 unsigned long refaults;
2695
2696                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2697                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2698                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
2699                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2700                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2701                 else
2702                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2703
2704                 /*
2705                  * When refaults are being observed, it means a new
2706                  * workingset is being established. Deactivate to get
2707                  * rid of any stale active pages quickly.
2708                  */
2709                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2710                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2711                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
2712                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2713                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2714                 else
2715                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2716         } else
2717                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2718
2719         /*
2720          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2721          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2722          * anonymous pages.
2723          */
2724         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2725         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2726                 sc->cache_trim_mode = 1;
2727         else
2728                 sc->cache_trim_mode = 0;
2729
2730         /*
2731          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2732          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2733          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2734          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2735          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2736          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2737          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2738          */
2739         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2740                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2741                 unsigned long free, anon;
2742                 int z;
2743
2744                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2745                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2746                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2747
2748                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2749                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2750                         if (!managed_zone(zone))
2751                                 continue;
2752
2753                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2754                 }
2755
2756                 /*
2757                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2758                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2759                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2760                  */
2761                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2762
2763                 sc->file_is_tiny =
2764                         file + free <= total_high_wmark &&
2765                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2766                         anon >> sc->priority;
2767         }
2768
2769         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2770
2771         if (reclaim_state) {
2772                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2773                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2774         }
2775
2776         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2777         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2778                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2779                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2780
2781         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2782                 reclaimable = true;
2783
2784         if (current_is_kswapd()) {
2785                 /*
2786                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2787                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2788                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2789                  * global limits are not being effective at throttling
2790                  * processes due to the page distribution throughout
2791                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2792                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2793                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2794                  * the dirtying process is throttled in the same way
2795                  * balance_dirty_pages() manages.
2796                  *
2797                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2798                  * count the number of pages under pages flagged for
2799                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2800                  * in the nr_immediate check below.
2801                  */
2802                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2803                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2804
2805                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2806                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2807                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2808
2809                 /*
2810                  * If kswapd scans pages marked for immediate
2811                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2812                  * implies that pages are cycling through the LRU
2813                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2814                  */
2815                 if (sc->nr.immediate)
2816                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2817         }
2818
2819         /*
2820          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2821          * scanned were backed by a congested BDI and
2822          * wait_iff_congested will stall.
2823          *
2824          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2825          * stalling in wait_iff_congested().
2826          */
2827         if ((current_is_kswapd() ||
2828              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2829             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2830                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2831
2832         /*
2833          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2834          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2835          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2836          * the LRU too quickly.
2837          */
2838         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2839             !sc->hibernation_mode &&
2840             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2841                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2842
2843         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2844                                     sc))
2845                 goto again;
2846
2847         /*
2848          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2849          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2850          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2851          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2852          */
2853         if (reclaimable)
2854                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2855 }
2856
2857 /*
2858  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2859  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2860  * should reclaim first.
2861  */
2862 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2863 {
2864         unsigned long watermark;
2865         enum compact_result suitable;
2866
2867         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2868         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2869                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2870                 return true;
2871         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2872                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2873                 return false;
2874
2875         /*
2876          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2877          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2878          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2879          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2880          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2881          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2882          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2883          */
2884         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2885
2886         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2887 }
2888
2889 /*
2890  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2891  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2892  * request.
2893  *
2894  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2895  * scan then give up on it.
2896  */
2897 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2898 {
2899         struct zoneref *z;
2900         struct zone *zone;
2901         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2902         unsigned long nr_soft_scanned;
2903         gfp_t orig_mask;
2904         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2905
2906         /*
2907          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2908          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2909          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2910          */
2911         orig_mask = sc->gfp_mask;
2912         if (buffer_heads_over_limit) {
2913                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2914                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2915         }
2916
2917         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2918                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2919                 /*
2920                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2921                  * to global LRU.
2922                  */
2923                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2924                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2925                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2926                                 continue;
2927
2928                         /*
2929                          * If we already have plenty of memory free for
2930                          * compaction in this zone, don't free any more.
2931                          * Even though compaction is invoked for any
2932                          * non-zero order, only frequent costly order
2933                          * reclamation is disruptive enough to become a
2934                          * noticeable problem, like transparent huge
2935                          * page allocations.
2936                          */
2937                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2938                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2939                             compaction_ready(zone, sc)) {
2940                                 sc->compaction_ready = true;
2941                                 continue;
2942                         }
2943
2944                         /*
2945                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2946                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2947                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2948                          * the user prefers lower zones being preserved.
2949                          */
2950                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2951                                 continue;
2952
2953                         /*
2954                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2955                          * and returns the number of reclaimed pages and
2956                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2957                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2958                          */
2959                         nr_soft_scanned = 0;
2960                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2961                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2962                                                 &nr_soft_scanned);
2963                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2964                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2965                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2966                 }
2967
2968                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2969                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2970                         continue;
2971                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2972                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2973         }
2974
2975         /*
2976          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2977          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2978          */
2979         sc->gfp_mask = orig_mask;
2980 }
2981
2982 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2983 {
2984         struct lruvec *target_lruvec;
2985         unsigned long refaults;
2986
2987         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2988         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2989         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
2990         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2991         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
2992 }
2993
2994 /*
2995  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2996  *
2997  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2998  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2999  *
3000  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3001  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3002  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3003  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3004  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3005  * work, and the allocation attempt will fail.
3006  *
3007  * returns:     0, if no pages reclaimed
3008  *              else, the number of pages reclaimed
3009  */
3010 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3011                                           struct scan_control *sc)
3012 {
3013         int initial_priority = sc->priority;
3014         pg_data_t *last_pgdat;
3015         struct zoneref *z;
3016         struct zone *zone;
3017 retry:
3018         delayacct_freepages_start();
3019
3020         if (!cgroup_reclaim(sc))
3021                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3022
3023         do {
3024                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3025                                 sc->priority);
3026                 sc->nr_scanned = 0;
3027                 shrink_zones(zonelist, sc);
3028
3029                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3030                         break;
3031
3032                 if (sc->compaction_ready)
3033                         break;
3034
3035                 /*
3036                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3037                  * writepage even in laptop mode.
3038                  */
3039                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3040                         sc->may_writepage = 1;
3041         } while (--sc->priority >= 0);
3042
3043         last_pgdat = NULL;
3044         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3045                                         sc->nodemask) {
3046                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3047                         continue;
3048                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3049
3050                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3051
3052                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3053                         struct lruvec *lruvec;
3054
3055                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3056                                                    zone->zone_pgdat);
3057                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3058                 }
3059         }
3060
3061         delayacct_freepages_end();
3062
3063         if (sc->nr_reclaimed)
3064                 return sc->nr_reclaimed;
3065
3066         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3067         if (sc->compaction_ready)
3068                 return 1;
3069
3070         /*
3071          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3072          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3073          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3074          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3075          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3076          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3077          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3078          */
3079         if (sc->skipped_deactivate) {
3080                 sc->priority = initial_priority;
3081                 sc->force_deactivate = 1;
3082                 sc->skipped_deactivate = 0;
3083                 goto retry;
3084         }
3085
3086         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3087         if (sc->memcg_low_skipped) {
3088                 sc->priority = initial_priority;
3089                 sc->force_deactivate = 0;
3090                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3091                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3092                 goto retry;
3093         }
3094
3095         return 0;
3096 }
3097
3098 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3099 {
3100         struct zone *zone;
3101         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3102         unsigned long free_pages = 0;
3103         int i;
3104         bool wmark_ok;
3105
3106         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3107                 return true;
3108
3109         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3110                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3111                 if (!managed_zone(zone))
3112                         continue;
3113
3114                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3115                         continue;
3116
3117                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3118                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3119         }
3120
3121         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3122         if (!pfmemalloc_reserve)
3123                 return true;
3124
3125         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3126
3127         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3128         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3129                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3130                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3131
3132                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3133         }
3134
3135         return wmark_ok;
3136 }
3137
3138 /*
3139  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3140  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3141  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3142  * when the low watermark is reached.
3143  *
3144  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3145  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3146  */
3147 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3148                                         nodemask_t *nodemask)
3149 {
3150         struct zoneref *z;
3151         struct zone *zone;
3152         pg_data_t *pgdat = NULL;
3153
3154         /*
3155          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3156          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3157          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3158          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3159          * processes to block on log_wait_commit().
3160          */
3161         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3162                 goto out;
3163
3164         /*
3165          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3166          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3167          */
3168         if (fatal_signal_pending(current))
3169                 goto out;
3170
3171         /*
3172          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3173          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3174          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3175          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3176          *
3177          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3178          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3179          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3180          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3181          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3182          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3183          * should make reasonable progress.
3184          */
3185         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3186                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3187                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3188                         continue;
3189
3190                 /* Throttle based on the first usable node */
3191                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3192                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3193                         goto out;
3194                 break;
3195         }
3196
3197         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3198         if (!pgdat)
3199                 goto out;
3200
3201         /* Account for the throttling */
3202         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3203
3204         /*
3205          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3206          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3207          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3208          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3209          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3210          * second before continuing.
3211          */
3212         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3213                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3214                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3215
3216                 goto check_pending;
3217         }
3218
3219         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3220         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3221                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3222
3223 check_pending:
3224         if (fatal_signal_pending(current))
3225                 return true;
3226
3227 out:
3228         return false;
3229 }
3230
3231 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3232                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3233 {
3234         unsigned long nr_reclaimed;
3235         struct scan_control sc = {
3236                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3237                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3238                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3239                 .order = order,
3240                 .nodemask = nodemask,
3241                 .priority = DEF_PRIORITY,
3242                 .may_writepage = !laptop_mode,
3243                 .may_unmap = 1,
3244                 .may_swap = 1,
3245         };
3246
3247         /*
3248          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3249          * Confirm they are large enough for max values.
3250          */
3251         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3252         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3253         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3254
3255         /*
3256          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3257          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3258          * point.
3259          */
3260         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3261                 return 1;
3262
3263         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3264         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3265
3266         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3267
3268         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3269         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3270
3271         return nr_reclaimed;
3272 }
3273
3274 #ifdef CONFIG_MEMCG
3275
3276 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3277 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3278                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3279                                                 pg_data_t *pgdat,
3280                                                 unsigned long *nr_scanned)
3281 {
3282         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3283         struct scan_control sc = {
3284                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3285                 .target_mem_cgroup = memcg,
3286                 .may_writepage = !laptop_mode,
3287                 .may_unmap = 1,
3288                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3289                 .may_swap = !noswap,
3290         };
3291
3292         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3293
3294         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3295                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3296
3297         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3298                                                       sc.gfp_mask);
3299
3300         /*
3301          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3302          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3303          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3304          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3305          * the priority and make it zero.
3306          */
3307         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3308
3309         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3310
3311         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3312
3313         return sc.nr_reclaimed;
3314 }
3315
3316 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3317                                            unsigned long nr_pages,
3318                                            gfp_t gfp_mask,
3319                                            bool may_swap)
3320 {
3321         unsigned long nr_reclaimed;
3322         unsigned int noreclaim_flag;
3323         struct scan_control sc = {
3324                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3325                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3326                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3327                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3328                 .target_mem_cgroup = memcg,
3329                 .priority = DEF_PRIORITY,
3330                 .may_writepage = !laptop_mode,
3331                 .may_unmap = 1,
3332                 .may_swap = may_swap,
3333         };
3334         /*
3335          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3336          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3337          * the reclaim does not bail out early.
3338          */
3339         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3340
3341         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3342         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3343         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3344
3345         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3346
3347         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3348         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3349         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3350
3351         return nr_reclaimed;
3352 }
3353 #endif
3354
3355 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3356                                 struct scan_control *sc)
3357 {
3358         struct mem_cgroup *memcg;
3359         struct lruvec *lruvec;
3360
3361         if (!total_swap_pages)
3362                 return;
3363
3364         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3365         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3366                 return;
3367
3368         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3369         do {
3370                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3371                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3372                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3373                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3374         } while (memcg);
3375 }
3376
3377 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3378 {
3379         int i;
3380         struct zone *zone;
3381
3382         /*
3383          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3384          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3385          * should not be checked at the same time as reclaim would
3386          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3387          * zone is balanced.
3388          */
3389         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3390                 zone = pgdat->node_zones + i;
3391                 if (!managed_zone(zone))
3392                         continue;
3393
3394                 if (zone->watermark_boost)
3395                         return true;
3396         }
3397
3398         return false;
3399 }
3400
3401 /*
3402  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3403  * and highest_zoneidx
3404  */
3405 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3406 {
3407         int i;
3408         unsigned long mark = -1;
3409         struct zone *zone;
3410
3411         /*
3412          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3413          * meet watermarks.
3414          */
3415         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3416                 zone = pgdat->node_zones + i;
3417
3418                 if (!managed_zone(zone))
3419                         continue;
3420
3421                 mark = high_wmark_pages(zone);
3422                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3423                         return true;
3424         }
3425
3426         /*
3427          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3428          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3429          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3430          */
3431         if (mark == -1)
3432                 return true;
3433
3434         return false;
3435 }
3436
3437 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3438 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3439 {
3440         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3441
3442         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3443         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3444         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3445 }
3446
3447 /*
3448  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3449  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3450  *
3451  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3452  */
3453 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3454                                 int highest_zoneidx)
3455 {
3456         /*
3457          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3458          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3459          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3460          * throttled. There is also a potential race if processes get
3461          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3462          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3463          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3464          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3465          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3466          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3467          * that here we are under prepare_to_wait().
3468          */
3469         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3470                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3471
3472         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3473         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3474                 return true;
3475
3476         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3477                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3478                 return true;
3479         }
3480
3481         return false;
3482 }
3483
3484 /*
3485  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3486  * zone that is currently unbalanced.
3487  *
3488  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3489  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3490  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3491  */
3492 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3493                                struct scan_control *sc)
3494 {
3495         struct zone *zone;
3496         int z;
3497
3498         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3499         sc->nr_to_reclaim = 0;
3500         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3501                 zone = pgdat->node_zones + z;
3502                 if (!managed_zone(zone))
3503                         continue;
3504
3505                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3506         }
3507
3508         /*
3509          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3510          * now pressure is applied based on node LRU order.
3511          */
3512         shrink_node(pgdat, sc);
3513
3514         /*
3515          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3516          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3517          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3518          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3519          * can direct reclaim/compact.
3520          */
3521         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3522                 sc->order = 0;
3523
3524         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3525 }
3526
3527 /*
3528  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3529  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3530  * balanced.
3531  *
3532  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3533  *
3534  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3535  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3536  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3537  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3538  * balanced.
3539  */
3540 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3541 {
3542         int i;
3543         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3544         unsigned long nr_soft_scanned;
3545         unsigned long pflags;
3546         unsigned long nr_boost_reclaim;
3547         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3548         bool boosted;
3549         struct zone *zone;
3550         struct scan_control sc = {
3551                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3552                 .order = order,
3553                 .may_unmap = 1,
3554         };
3555
3556         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3557         psi_memstall_enter(&pflags);
3558         __fs_reclaim_acquire();
3559
3560         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3561
3562         /*
3563          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3564          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3565          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3566          */
3567         nr_boost_reclaim = 0;
3568         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3569                 zone = pgdat->node_zones + i;
3570                 if (!managed_zone(zone))
3571                         continue;
3572
3573                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3574                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3575         }
3576         boosted = nr_boost_reclaim;
3577
3578 restart:
3579         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3580         do {
3581                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3582                 bool raise_priority = true;
3583                 bool balanced;
3584                 bool ret;
3585
3586                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
3587
3588                 /*
3589                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3590                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3591                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3592                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3593                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3594                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3595                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3596                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3597                  */
3598                 if (buffer_heads_over_limit) {
3599                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3600                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3601                                 if (!managed_zone(zone))
3602                                         continue;
3603
3604                                 sc.reclaim_idx = i;
3605                                 break;
3606                         }
3607                 }
3608
3609                 /*
3610                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3611                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3612                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3613                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3614                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3615                  */
3616                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
3617                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3618                         nr_boost_reclaim = 0;
3619                         goto restart;
3620                 }
3621
3622                 /*
3623                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3624                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3625                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3626                  */
3627                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3628                         goto out;
3629
3630                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3631                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3632                         raise_priority = false;
3633
3634                 /*
3635                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3636                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3637                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3638                  * reclaim will be aborted.
3639                  */
3640                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3641                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3642
3643                 /*
3644                  * Do some background aging of the anon list, to give
3645                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3646                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3647                  * about consistent aging.
3648                  */
3649                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3650
3651                 /*
3652                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3653                  * even in laptop mode.
3654                  */
3655                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3656                         sc.may_writepage = 1;
3657
3658                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3659                 sc.nr_scanned = 0;
3660                 nr_soft_scanned = 0;
3661                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3662                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3663                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3664
3665                 /*
3666                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3667                  * enough pages are already being scanned that that high
3668                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3669                  */
3670                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3671                         raise_priority = false;
3672
3673                 /*
3674                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3675                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3676                  * able to safely make forward progress. Wake them
3677                  */
3678                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3679                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3680                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3681
3682                 /* Check if kswapd should be suspending */
3683                 __fs_reclaim_release();
3684                 ret = try_to_freeze();
3685                 __fs_reclaim_acquire();
3686                 if (ret || kthread_should_stop())
3687                         break;
3688
3689                 /*
3690                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3691                  * progress in reclaiming pages
3692                  */
3693                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3694                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3695
3696                 /*
3697                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3698                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3699                  * extreme circumstances.
3700                  */
3701                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3702                         break;
3703
3704                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3705                         sc.priority--;
3706         } while (sc.priority >= 1);
3707
3708         if (!sc.nr_reclaimed)
3709                 pgdat->kswapd_failures++;
3710
3711 out:
3712         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3713         if (boosted) {
3714                 unsigned long flags;
3715
3716                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3717                         if (!zone_boosts[i])
3718                                 continue;
3719
3720                         /* Increments are under the zone lock */
3721                         zone = pgdat->node_zones + i;
3722                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3723                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3724                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3725                 }
3726
3727                 /*
3728                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3729                  * pageblocks.
3730                  */
3731                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
3732         }
3733
3734         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3735         __fs_reclaim_release();
3736         psi_memstall_leave(&pflags);
3737         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3738
3739         /*
3740          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3741          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3742          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3743          * remain at the higher level.
3744          */
3745         return sc.order;
3746 }
3747
3748 /*
3749  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
3750  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
3751  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
3752  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
3753  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3754  */
3755 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
3756                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
3757 {
3758         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3759
3760         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
3761 }
3762
3763 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3764                                 unsigned int highest_zoneidx)
3765 {
3766         long remaining = 0;
3767         DEFINE_WAIT(wait);
3768
3769         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3770                 return;
3771
3772         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3773
3774         /*
3775          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3776          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3777          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3778          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3779          * succeed.
3780          */
3781         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3782                 /*
3783                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3784                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3785                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3786                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3787                  */
3788                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3789
3790                 /*
3791                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3792                  * allocation of the requested order possible.
3793                  */
3794                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
3795
3796                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3797
3798                 /*
3799                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
3800                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3801                  * the previous request that slept prematurely.
3802                  */
3803                 if (remaining) {
3804                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
3805                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3806                                                         highest_zoneidx));
3807
3808                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3809                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3810                 }
3811
3812                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3813                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3814         }
3815
3816         /*
3817          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3818          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3819          */
3820         if (!remaining &&
3821             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3822                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3823
3824                 /*
3825                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3826                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3827                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3828                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3829                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3830                  * them before going back to sleep.
3831                  */
3832                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3833
3834                 if (!kthread_should_stop())
3835                         schedule();
3836
3837                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3838         } else {
3839                 if (remaining)
3840                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3841                 else
3842                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3843         }
3844         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3845 }
3846
3847 /*
3848  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3849  * from the init process.
3850  *
3851  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3852  * free memory available even if there is no other activity
3853  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3854  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3855  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3856  *
3857  * If there are applications that are active memory-allocators
3858  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3859  */
3860 static int kswapd(void *p)
3861 {
3862         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3863         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
3864         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3865         struct task_struct *tsk = current;
3866         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3867
3868         if (!cpumask_empty(cpumask))
3869                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3870
3871         /*
3872          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3873          * and that if we need more memory we should get access to it
3874          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3875          * never get caught in the normal page freeing logic.
3876          *
3877          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3878          * you need a small amount of memory in order to be able to
3879          * page out something else, and this flag essentially protects
3880          * us from recursively trying to free more memory as we're
3881          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3882          */
3883         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3884         set_freezable();
3885
3886         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3887         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3888         for ( ; ; ) {
3889                 bool ret;
3890
3891                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3892                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3893                                                         highest_zoneidx);
3894
3895 kswapd_try_sleep:
3896                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3897                                         highest_zoneidx);
3898
3899                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
3900                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3901                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3902                                                         highest_zoneidx);
3903                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3904                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3905
3906                 ret = try_to_freeze();
3907                 if (kthread_should_stop())
3908                         break;
3909
3910                 /*
3911                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3912                  * after returning from the refrigerator
3913                  */
3914                 if (ret)
3915                         continue;
3916
3917                 /*
3918                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3919                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3920                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3921                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3922                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3923                  * request (alloc_order).
3924                  */
3925                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
3926                                                 alloc_order);
3927                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
3928                                                 highest_zoneidx);
3929                 if (reclaim_order < alloc_order)
3930                         goto kswapd_try_sleep;
3931         }
3932
3933         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3934
3935         return 0;
3936 }
3937
3938 /*
3939  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3940  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3941  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3942  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3943  * needed.
3944  */
3945 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3946                    enum zone_type highest_zoneidx)
3947 {
3948         pg_data_t *pgdat;
3949         enum zone_type curr_idx;
3950
3951         if (!managed_zone(zone))
3952                 return;
3953
3954         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3955                 return;
3956
3957         pgdat = zone->zone_pgdat;
3958         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3959
3960         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
3961                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
3962
3963         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3964                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3965
3966         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3967                 return;
3968
3969         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3970         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3971             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
3972              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
3973                 /*
3974                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3975                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3976                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3977                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3978                  * ratelimit its work.
3979                  */
3980                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3981                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
3982                 return;
3983         }
3984
3985         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
3986                                       gfp_flags);
3987         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3988 }
3989
3990 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3991 /*
3992  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3993  * freed pages.
3994  *
3995  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3996  * LRU order by reclaiming preferentially
3997  * inactive > active > active referenced > active mapped
3998  */
3999 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4000 {
4001         struct scan_control sc = {
4002                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4003                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4004                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4005                 .priority = DEF_PRIORITY,
4006                 .may_writepage = 1,
4007                 .may_unmap = 1,
4008                 .may_swap = 1,
4009                 .hibernation_mode = 1,
4010         };
4011         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4012         unsigned long nr_reclaimed;
4013         unsigned int noreclaim_flag;
4014
4015         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4016         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4017         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4018
4019         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4020
4021         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4022         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4023         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4024
4025         return nr_reclaimed;
4026 }
4027 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4028
4029 /*
4030  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4031  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4032  */
4033 int kswapd_run(int nid)
4034 {
4035         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4036         int ret = 0;
4037
4038         if (pgdat->kswapd)
4039                 return 0;
4040
4041         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4042         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4043                 /* failure at boot is fatal */
4044                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4045                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4046                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4047                 pgdat->kswapd = NULL;
4048         }
4049         return ret;
4050 }
4051
4052 /*
4053  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4054  * hold mem_hotplug_begin/end().
4055  */
4056 void kswapd_stop(int nid)
4057 {
4058         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4059
4060         if (kswapd) {
4061                 kthread_stop(kswapd);
4062                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4063         }
4064 }
4065
4066 static int __init kswapd_init(void)
4067 {
4068         int nid;
4069
4070         swap_setup();
4071         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4072                 kswapd_run(nid);
4073         return 0;
4074 }
4075
4076 module_init(kswapd_init)
4077
4078 #ifdef CONFIG_NUMA
4079 /*
4080  * Node reclaim mode
4081  *
4082  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4083  * the watermarks.
4084  */
4085 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4086
4087 #define RECLAIM_WRITE (1<<0)    /* Writeout pages during reclaim */
4088 #define RECLAIM_UNMAP (1<<1)    /* Unmap pages during reclaim */
4089
4090 /*
4091  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4092  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4093  * a zone.
4094  */
4095 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4096
4097 /*
4098  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4099  * occur.
4100  */
4101 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4102
4103 /*
4104  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4105  * slab reclaim needs to occur.
4106  */
4107 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4108
4109 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4110 {
4111         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4112         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4113                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4114
4115         /*
4116          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4117          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4118          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4119          */
4120         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4121 }
4122
4123 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4124 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4125 {
4126         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4127         unsigned long delta = 0;
4128
4129         /*
4130          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4131          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4132          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4133          * a better estimate
4134          */
4135         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4136                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4137         else
4138                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4139
4140         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4141         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4142                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4143
4144         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4145         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4146                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4147
4148         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4149 }
4150
4151 /*
4152  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4153  */
4154 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4155 {
4156         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4157         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4158         struct task_struct *p = current;
4159         unsigned int noreclaim_flag;
4160         struct scan_control sc = {
4161                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4162                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4163                 .order = order,
4164                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4165                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4166                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4167                 .may_swap = 1,
4168                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4169         };
4170
4171         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4172                                            sc.gfp_mask);
4173
4174         cond_resched();
4175         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4176         /*
4177          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4178          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4179          * and RECLAIM_UNMAP.
4180          */
4181         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4182         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4183         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4184
4185         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4186                 /*
4187                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4188                  * priorities until we have enough memory freed.
4189                  */
4190                 do {
4191                         shrink_node(pgdat, &sc);
4192                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4193         }
4194
4195         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4196         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4197         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4198         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4199
4200         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4201
4202         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4203 }
4204
4205 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4206 {
4207         int ret;
4208
4209         /*
4210          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4211          * slab pages if we are over the defined limits.
4212          *
4213          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4214          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4215          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4216          * if less than a specified percentage of the node is used by
4217          * unmapped file backed pages.
4218          */
4219         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4220             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4221             pgdat->min_slab_pages)
4222                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4223
4224         /*
4225          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4226          */
4227         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4228                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4229
4230         /*
4231          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4232          * have associated processors. This will favor the local processor
4233          * over remote processors and spread off node memory allocations
4234          * as wide as possible.
4235          */
4236         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4237                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4238
4239         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4240                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4241
4242         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4243         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4244
4245         if (!ret)
4246                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4247
4248         return ret;
4249 }
4250 #endif
4251
4252 /**
4253  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4254  * appropriate zone lru list
4255  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4256  *
4257  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4258  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4259  * should be only used for lru pages.
4260  */
4261 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4262 {
4263         struct lruvec *lruvec;
4264         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4265         int pgscanned = 0;
4266         int pgrescued = 0;
4267         int i;
4268
4269         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4270                 struct page *page = pvec->pages[i];
4271                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4272                 int nr_pages;
4273
4274                 if (PageTransTail(page))
4275                         continue;
4276
4277                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4278                 pgscanned += nr_pages;
4279
4280                 if (pagepgdat != pgdat) {
4281                         if (pgdat)
4282                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4283                         pgdat = pagepgdat;
4284                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4285                 }
4286                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4287
4288                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4289                         continue;
4290
4291                 if (page_evictable(page)) {
4292                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4293
4294                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4295                         ClearPageUnevictable(page);
4296                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4297                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4298                         pgrescued += nr_pages;
4299                 }
4300         }
4301
4302         if (pgdat) {
4303                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4304                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4305                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4306         }
4307 }
4308 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);