mm: vmscan: detect file thrashing at the reclaim root
[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         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
83         unsigned int may_writepage:1;
84
85         /* Can mapped pages be reclaimed? */
86         unsigned int may_unmap:1;
87
88         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
89         unsigned int may_swap:1;
90
91         /*
92          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
93          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
94          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
95          */
96         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
97         unsigned int memcg_low_skipped:1;
98
99         unsigned int hibernation_mode:1;
100
101         /* One of the zones is ready for compaction */
102         unsigned int compaction_ready:1;
103
104         /* The file pages on the current node are dangerously low */
105         unsigned int file_is_tiny:1;
106
107         /* Allocation order */
108         s8 order;
109
110         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
111         s8 priority;
112
113         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
114         s8 reclaim_idx;
115
116         /* This context's GFP mask */
117         gfp_t gfp_mask;
118
119         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
120         unsigned long nr_scanned;
121
122         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
123         unsigned long nr_reclaimed;
124
125         struct {
126                 unsigned int dirty;
127                 unsigned int unqueued_dirty;
128                 unsigned int congested;
129                 unsigned int writeback;
130                 unsigned int immediate;
131                 unsigned int file_taken;
132                 unsigned int taken;
133         } nr;
134
135         /* for recording the reclaimed slab by now */
136         struct reclaim_state reclaim_state;
137 };
138
139 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
140 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
141         do {                                                            \
142                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
143                         struct page *prev;                              \
144                                                                         \
145                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
146                         prefetch(&prev->_field);                        \
147                 }                                                       \
148         } while (0)
149 #else
150 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
151 #endif
152
153 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
154 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
155         do {                                                            \
156                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
157                         struct page *prev;                              \
158                                                                         \
159                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
160                         prefetchw(&prev->_field);                       \
161                 }                                                       \
162         } while (0)
163 #else
164 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
165 #endif
166
167 /*
168  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
169  */
170 int vm_swappiness = 60;
171 /*
172  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
173  * zones.
174  */
175 unsigned long vm_total_pages;
176
177 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
178                                    struct reclaim_state *rs)
179 {
180         /* Check for an overwrite */
181         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
182
183         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
184         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
185
186         task->reclaim_state = rs;
187 }
188
189 static LIST_HEAD(shrinker_list);
190 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
191
192 #ifdef CONFIG_MEMCG
193 /*
194  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
195  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
196  * for the shrinker, since we don't want to impose
197  * restrictions on their internal registration order.
198  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
199  * bit is set in the shrinkers map.
200  *
201  * This value is used by the function to detect registering
202  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
203  */
204 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
205
206 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
207 static int shrinker_nr_max;
208
209 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
210 {
211         int id, ret = -ENOMEM;
212
213         down_write(&shrinker_rwsem);
214         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
215         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
216         if (id < 0)
217                 goto unlock;
218
219         if (id >= shrinker_nr_max) {
220                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
221                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
222                         goto unlock;
223                 }
224
225                 shrinker_nr_max = id + 1;
226         }
227         shrinker->id = id;
228         ret = 0;
229 unlock:
230         up_write(&shrinker_rwsem);
231         return ret;
232 }
233
234 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
235 {
236         int id = shrinker->id;
237
238         BUG_ON(id < 0);
239
240         down_write(&shrinker_rwsem);
241         idr_remove(&shrinker_idr, id);
242         up_write(&shrinker_rwsem);
243 }
244
245 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
246 {
247         return sc->target_mem_cgroup;
248 }
249
250 /**
251  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
252  * @sc: scan_control in question
253  *
254  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
255  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
256  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
257  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
258  * allocation and configurability.
259  *
260  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
261  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
262  */
263 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
264 {
265         if (!cgroup_reclaim(sc))
266                 return true;
267 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
268         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
269                 return true;
270 #endif
271         return false;
272 }
273 #else
274 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
275 {
276         return 0;
277 }
278
279 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
280 {
281 }
282
283 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
284 {
285         return false;
286 }
287
288 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
289 {
290         return true;
291 }
292 #endif
293
294 /*
295  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
296  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
297  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
298  */
299 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
300 {
301         unsigned long nr;
302
303         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
304                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
305         if (get_nr_swap_pages() > 0)
306                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
307                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
308
309         return nr;
310 }
311
312 /**
313  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
314  * @lruvec: lru vector
315  * @lru: lru to use
316  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
317  */
318 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
319 {
320         unsigned long size = 0;
321         int zid;
322
323         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
324                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
325
326                 if (!managed_zone(zone))
327                         continue;
328
329                 if (!mem_cgroup_disabled())
330                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
331                 else
332                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
333         }
334         return size;
335 }
336
337 /*
338  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
339  */
340 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
341 {
342         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
343
344         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
345                 size *= nr_node_ids;
346
347         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
348         if (!shrinker->nr_deferred)
349                 return -ENOMEM;
350
351         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
352                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
353                         goto free_deferred;
354         }
355
356         return 0;
357
358 free_deferred:
359         kfree(shrinker->nr_deferred);
360         shrinker->nr_deferred = NULL;
361         return -ENOMEM;
362 }
363
364 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
365 {
366         if (!shrinker->nr_deferred)
367                 return;
368
369         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
370                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
371
372         kfree(shrinker->nr_deferred);
373         shrinker->nr_deferred = NULL;
374 }
375
376 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
377 {
378         down_write(&shrinker_rwsem);
379         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
380 #ifdef CONFIG_MEMCG
381         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
382                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
383 #endif
384         up_write(&shrinker_rwsem);
385 }
386
387 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
388 {
389         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
390
391         if (err)
392                 return err;
393         register_shrinker_prepared(shrinker);
394         return 0;
395 }
396 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
397
398 /*
399  * Remove one
400  */
401 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
402 {
403         if (!shrinker->nr_deferred)
404                 return;
405         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
406                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
407         down_write(&shrinker_rwsem);
408         list_del(&shrinker->list);
409         up_write(&shrinker_rwsem);
410         kfree(shrinker->nr_deferred);
411         shrinker->nr_deferred = NULL;
412 }
413 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
414
415 #define SHRINK_BATCH 128
416
417 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
418                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
419 {
420         unsigned long freed = 0;
421         unsigned long long delta;
422         long total_scan;
423         long freeable;
424         long nr;
425         long new_nr;
426         int nid = shrinkctl->nid;
427         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
428                                           : SHRINK_BATCH;
429         long scanned = 0, next_deferred;
430
431         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
432                 nid = 0;
433
434         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
435         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
436                 return freeable;
437
438         /*
439          * copy the current shrinker scan count into a local variable
440          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
441          * don't also do this scanning work.
442          */
443         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
444
445         total_scan = nr;
446         if (shrinker->seeks) {
447                 delta = freeable >> priority;
448                 delta *= 4;
449                 do_div(delta, shrinker->seeks);
450         } else {
451                 /*
452                  * These objects don't require any IO to create. Trim
453                  * them aggressively under memory pressure to keep
454                  * them from causing refetches in the IO caches.
455                  */
456                 delta = freeable / 2;
457         }
458
459         total_scan += delta;
460         if (total_scan < 0) {
461                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
462                        shrinker->scan_objects, total_scan);
463                 total_scan = freeable;
464                 next_deferred = nr;
465         } else
466                 next_deferred = total_scan;
467
468         /*
469          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
470          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
471          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
472          * nr being built up so when a shrink that can do some work
473          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
474          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
475          * memory.
476          *
477          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
478          * a large delta change is calculated directly.
479          */
480         if (delta < freeable / 4)
481                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
482
483         /*
484          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
485          * never try to free more than twice the estimate number of
486          * freeable entries.
487          */
488         if (total_scan > freeable * 2)
489                 total_scan = freeable * 2;
490
491         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
492                                    freeable, delta, total_scan, priority);
493
494         /*
495          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
496          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
497          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
498          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
499          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
500          * objects spread over several slabs with usage less than the
501          * batch_size.
502          *
503          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
504          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
505          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
506          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
507          * possible.
508          */
509         while (total_scan >= batch_size ||
510                total_scan >= freeable) {
511                 unsigned long ret;
512                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
513
514                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
515                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
516                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
517                 if (ret == SHRINK_STOP)
518                         break;
519                 freed += ret;
520
521                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
522                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
523                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
524
525                 cond_resched();
526         }
527
528         if (next_deferred >= scanned)
529                 next_deferred -= scanned;
530         else
531                 next_deferred = 0;
532         /*
533          * move the unused scan count back into the shrinker in a
534          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
535          * scan, there is no need to do an update.
536          */
537         if (next_deferred > 0)
538                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
539                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
540         else
541                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
542
543         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
544         return freed;
545 }
546
547 #ifdef CONFIG_MEMCG
548 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
549                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
550 {
551         struct memcg_shrinker_map *map;
552         unsigned long ret, freed = 0;
553         int i;
554
555         if (!mem_cgroup_online(memcg))
556                 return 0;
557
558         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
559                 return 0;
560
561         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
562                                         true);
563         if (unlikely(!map))
564                 goto unlock;
565
566         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
567                 struct shrink_control sc = {
568                         .gfp_mask = gfp_mask,
569                         .nid = nid,
570                         .memcg = memcg,
571                 };
572                 struct shrinker *shrinker;
573
574                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
575                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
576                         if (!shrinker)
577                                 clear_bit(i, map->map);
578                         continue;
579                 }
580
581                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
582                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
583                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
584                         continue;
585
586                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
587                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
588                         clear_bit(i, map->map);
589                         /*
590                          * After the shrinker reported that it had no objects to
591                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
592                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
593                          * added. To make sure, we have the bit set in this
594                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
595                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
596                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
597                          * memcg_set_shrinker_bit():
598                          *
599                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
600                          *   list_add_tail()    clear_bit()
601                          *   <MB>               <MB>
602                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
603                          */
604                         smp_mb__after_atomic();
605                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
606                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
607                                 ret = 0;
608                         else
609                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
610                 }
611                 freed += ret;
612
613                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
614                         freed = freed ? : 1;
615                         break;
616                 }
617         }
618 unlock:
619         up_read(&shrinker_rwsem);
620         return freed;
621 }
622 #else /* CONFIG_MEMCG */
623 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
624                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
625 {
626         return 0;
627 }
628 #endif /* CONFIG_MEMCG */
629
630 /**
631  * shrink_slab - shrink slab caches
632  * @gfp_mask: allocation context
633  * @nid: node whose slab caches to target
634  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
635  * @priority: the reclaim priority
636  *
637  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
638  *
639  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
640  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
641  *
642  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
643  * are called only if it is the root cgroup.
644  *
645  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
646  * in order to get the scan target.
647  *
648  * Returns the number of reclaimed slab objects.
649  */
650 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
651                                  struct mem_cgroup *memcg,
652                                  int priority)
653 {
654         unsigned long ret, freed = 0;
655         struct shrinker *shrinker;
656
657         /*
658          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
659          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
660          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
661          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
662          * oom.
663          */
664         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
665                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
666
667         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
668                 goto out;
669
670         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
671                 struct shrink_control sc = {
672                         .gfp_mask = gfp_mask,
673                         .nid = nid,
674                         .memcg = memcg,
675                 };
676
677                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
678                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
679                         ret = 0;
680                 freed += ret;
681                 /*
682                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
683                  * prevent the regsitration from being stalled for long periods
684                  * by parallel ongoing shrinking.
685                  */
686                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
687                         freed = freed ? : 1;
688                         break;
689                 }
690         }
691
692         up_read(&shrinker_rwsem);
693 out:
694         cond_resched();
695         return freed;
696 }
697
698 void drop_slab_node(int nid)
699 {
700         unsigned long freed;
701
702         do {
703                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
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 = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
729                 HPAGE_PMD_NR : 1;
730         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
731 }
732
733 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
734 {
735         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
736                 return 1;
737         if (!inode_write_congested(inode))
738                 return 1;
739         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
740                 return 1;
741         return 0;
742 }
743
744 /*
745  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
746  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
747  * fsync(), msync() or close().
748  *
749  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
750  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
751  * that page is locked, the mapping is pinned.
752  *
753  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
754  * __GFP_FS.
755  */
756 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
757                                 struct page *page, int error)
758 {
759         lock_page(page);
760         if (page_mapping(page) == mapping)
761                 mapping_set_error(mapping, error);
762         unlock_page(page);
763 }
764
765 /* possible outcome of pageout() */
766 typedef enum {
767         /* failed to write page out, page is locked */
768         PAGE_KEEP,
769         /* move page to the active list, page is locked */
770         PAGE_ACTIVATE,
771         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
772         PAGE_SUCCESS,
773         /* page is clean and locked */
774         PAGE_CLEAN,
775 } pageout_t;
776
777 /*
778  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
779  * Calls ->writepage().
780  */
781 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
782                          struct scan_control *sc)
783 {
784         /*
785          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
786          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
787          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
788          * stalls if we need to run get_block().  We could test
789          * PagePrivate for that.
790          *
791          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
792          * this page's queue, we can perform writeback even if that
793          * will block.
794          *
795          * If the page is swapcache, write it back even if that would
796          * block, for some throttling. This happens by accident, because
797          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
798          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
799          */
800         if (!is_page_cache_freeable(page))
801                 return PAGE_KEEP;
802         if (!mapping) {
803                 /*
804                  * Some data journaling orphaned pages can have
805                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
806                  */
807                 if (page_has_private(page)) {
808                         if (try_to_free_buffers(page)) {
809                                 ClearPageDirty(page);
810                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
811                                 return PAGE_CLEAN;
812                         }
813                 }
814                 return PAGE_KEEP;
815         }
816         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
817                 return PAGE_ACTIVATE;
818         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
819                 return PAGE_KEEP;
820
821         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
822                 int res;
823                 struct writeback_control wbc = {
824                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
825                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
826                         .range_start = 0,
827                         .range_end = LLONG_MAX,
828                         .for_reclaim = 1,
829                 };
830
831                 SetPageReclaim(page);
832                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
833                 if (res < 0)
834                         handle_write_error(mapping, page, res);
835                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
836                         ClearPageReclaim(page);
837                         return PAGE_ACTIVATE;
838                 }
839
840                 if (!PageWriteback(page)) {
841                         /* synchronous write or broken a_ops? */
842                         ClearPageReclaim(page);
843                 }
844                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
845                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
846                 return PAGE_SUCCESS;
847         }
848
849         return PAGE_CLEAN;
850 }
851
852 /*
853  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
854  * gets returned with a refcount of 0.
855  */
856 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
857                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
858 {
859         unsigned long flags;
860         int refcount;
861
862         BUG_ON(!PageLocked(page));
863         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
864
865         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
866         /*
867          * The non racy check for a busy page.
868          *
869          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
870          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
871          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
872          * here, then the following race may occur:
873          *
874          * get_user_pages(&page);
875          * [user mapping goes away]
876          * write_to(page);
877          *                              !PageDirty(page)    [good]
878          * SetPageDirty(page);
879          * put_page(page);
880          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
881          *
882          * [oops, our write_to data is lost]
883          *
884          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
885          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
886          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
887          *
888          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
889          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
890          */
891         refcount = 1 + compound_nr(page);
892         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
893                 goto cannot_free;
894         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
895         if (unlikely(PageDirty(page))) {
896                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
897                 goto cannot_free;
898         }
899
900         if (PageSwapCache(page)) {
901                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
902                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
903                 __delete_from_swap_cache(page, swap);
904                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
905                 put_swap_page(page, swap);
906         } else {
907                 void (*freepage)(struct page *);
908                 void *shadow = NULL;
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 optizimation,
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_cache(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                 if (PageSwapBacked(page))
1005                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1006                 /*
1007                  * All mapped pages start out with page table
1008                  * references from the instantiating fault, so we need
1009                  * to look twice if a mapped file page is used more
1010                  * than once.
1011                  *
1012                  * Mark it and spare it for another trip around the
1013                  * inactive list.  Another page table reference will
1014                  * lead to its activation.
1015                  *
1016                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1017                  * so that recently deactivated but used pages are
1018                  * quickly recovered.
1019                  */
1020                 SetPageReferenced(page);
1021
1022                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1023                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1024
1025                 /*
1026                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1027                  */
1028                 if (vm_flags & VM_EXEC)
1029                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1030
1031                 return PAGEREF_KEEP;
1032         }
1033
1034         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1035         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1036                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1037
1038         return PAGEREF_RECLAIM;
1039 }
1040
1041 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1042 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1043                                        bool *dirty, bool *writeback)
1044 {
1045         struct address_space *mapping;
1046
1047         /*
1048          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1049          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1050          */
1051         if (!page_is_file_cache(page) ||
1052             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1053                 *dirty = false;
1054                 *writeback = false;
1055                 return;
1056         }
1057
1058         /* By default assume that the page flags are accurate */
1059         *dirty = PageDirty(page);
1060         *writeback = PageWriteback(page);
1061
1062         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1063         if (!page_has_private(page))
1064                 return;
1065
1066         mapping = page_mapping(page);
1067         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1068                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1069 }
1070
1071 /*
1072  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1073  */
1074 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1075                                       struct pglist_data *pgdat,
1076                                       struct scan_control *sc,
1077                                       enum ttu_flags ttu_flags,
1078                                       struct reclaim_stat *stat,
1079                                       bool ignore_references)
1080 {
1081         LIST_HEAD(ret_pages);
1082         LIST_HEAD(free_pages);
1083         unsigned nr_reclaimed = 0;
1084         unsigned pgactivate = 0;
1085
1086         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1087         cond_resched();
1088
1089         while (!list_empty(page_list)) {
1090                 struct address_space *mapping;
1091                 struct page *page;
1092                 int may_enter_fs;
1093                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1094                 bool dirty, writeback;
1095                 unsigned int nr_pages;
1096
1097                 cond_resched();
1098
1099                 page = lru_to_page(page_list);
1100                 list_del(&page->lru);
1101
1102                 if (!trylock_page(page))
1103                         goto keep;
1104
1105                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1106
1107                 nr_pages = compound_nr(page);
1108
1109                 /* Account the number of base pages even though THP */
1110                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1111
1112                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1113                         goto activate_locked;
1114
1115                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1116                         goto keep_locked;
1117
1118                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1119                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1120
1121                 /*
1122                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1123                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1124                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1125                  * is all dirty unqueued pages.
1126                  */
1127                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1128                 if (dirty || writeback)
1129                         stat->nr_dirty++;
1130
1131                 if (dirty && !writeback)
1132                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1133
1134                 /*
1135                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1136                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1137                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1138                  * end of the LRU a second time.
1139                  */
1140                 mapping = page_mapping(page);
1141                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1142                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1143                     (writeback && PageReclaim(page)))
1144                         stat->nr_congested++;
1145
1146                 /*
1147                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1148                  * are three cases to consider.
1149                  *
1150                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1151                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1152                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1153                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1154                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1155                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1156                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1157                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1158                  *    caller can stall after page list has been processed.
1159                  *
1160                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1161                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1162                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1163                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1164                  *    reclaim and continue scanning.
1165                  *
1166                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1167                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1168                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1169                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1170                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1171                  *    would probably show more reasons.
1172                  *
1173                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1174                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1175                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1176                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1177                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1178                  *
1179                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1180                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1181                  * inactive list and refilling from the active list. The
1182                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1183                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1184                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1185                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1186                  * takes to write them to disk.
1187                  */
1188                 if (PageWriteback(page)) {
1189                         /* Case 1 above */
1190                         if (current_is_kswapd() &&
1191                             PageReclaim(page) &&
1192                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1193                                 stat->nr_immediate++;
1194                                 goto activate_locked;
1195
1196                         /* Case 2 above */
1197                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1198                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1199                                 /*
1200                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1201                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1202                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1203                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1204                                  * enough to care.  What we do want is for this
1205                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1206                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1207                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1208                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1209                                  */
1210                                 SetPageReclaim(page);
1211                                 stat->nr_writeback++;
1212                                 goto activate_locked;
1213
1214                         /* Case 3 above */
1215                         } else {
1216                                 unlock_page(page);
1217                                 wait_on_page_writeback(page);
1218                                 /* then go back and try same page again */
1219                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1220                                 continue;
1221                         }
1222                 }
1223
1224                 if (!ignore_references)
1225                         references = page_check_references(page, sc);
1226
1227                 switch (references) {
1228                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1229                         goto activate_locked;
1230                 case PAGEREF_KEEP:
1231                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1232                         goto keep_locked;
1233                 case PAGEREF_RECLAIM:
1234                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1235                         ; /* try to reclaim the page below */
1236                 }
1237
1238                 /*
1239                  * Anonymous process memory has backing store?
1240                  * Try to allocate it some swap space here.
1241                  * Lazyfree page could be freed directly
1242                  */
1243                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1244                         if (!PageSwapCache(page)) {
1245                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1246                                         goto keep_locked;
1247                                 if (PageTransHuge(page)) {
1248                                         /* cannot split THP, skip it */
1249                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1250                                                 goto activate_locked;
1251                                         /*
1252                                          * Split pages without a PMD map right
1253                                          * away. Chances are some or all of the
1254                                          * tail pages can be freed without IO.
1255                                          */
1256                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1257                                             split_huge_page_to_list(page,
1258                                                                     page_list))
1259                                                 goto activate_locked;
1260                                 }
1261                                 if (!add_to_swap(page)) {
1262                                         if (!PageTransHuge(page))
1263                                                 goto activate_locked_split;
1264                                         /* Fallback to swap normal pages */
1265                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1266                                                                     page_list))
1267                                                 goto activate_locked;
1268 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1269                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1270 #endif
1271                                         if (!add_to_swap(page))
1272                                                 goto activate_locked_split;
1273                                 }
1274
1275                                 may_enter_fs = 1;
1276
1277                                 /* Adding to swap updated mapping */
1278                                 mapping = page_mapping(page);
1279                         }
1280                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1281                         /* Split file THP */
1282                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1283                                 goto keep_locked;
1284                 }
1285
1286                 /*
1287                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1288                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1289                  *
1290                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1291                  * reach here.
1292                  */
1293                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1294                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1295                         nr_pages = 1;
1296                 }
1297
1298                 /*
1299                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1300                  * processes. Try to unmap it here.
1301                  */
1302                 if (page_mapped(page)) {
1303                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1304
1305                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1306                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1307                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1308                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1309                                 goto activate_locked;
1310                         }
1311                 }
1312
1313                 if (PageDirty(page)) {
1314                         /*
1315                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1316                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1317                          * injecting inefficient single-page IO into
1318                          * flusher writeback as much as possible: only
1319                          * write pages when we've encountered many
1320                          * dirty pages, and when we've already scanned
1321                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1322                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1323                          */
1324                         if (page_is_file_cache(page) &&
1325                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1326                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1327                                 /*
1328                                  * Immediately reclaim when written back.
1329                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1330                                  * except we already have the page isolated
1331                                  * and know it's dirty
1332                                  */
1333                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1334                                 SetPageReclaim(page);
1335
1336                                 goto activate_locked;
1337                         }
1338
1339                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1340                                 goto keep_locked;
1341                         if (!may_enter_fs)
1342                                 goto keep_locked;
1343                         if (!sc->may_writepage)
1344                                 goto keep_locked;
1345
1346                         /*
1347                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1348                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1349                          * starts and then write it out here.
1350                          */
1351                         try_to_unmap_flush_dirty();
1352                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1353                         case PAGE_KEEP:
1354                                 goto keep_locked;
1355                         case PAGE_ACTIVATE:
1356                                 goto activate_locked;
1357                         case PAGE_SUCCESS:
1358                                 if (PageWriteback(page))
1359                                         goto keep;
1360                                 if (PageDirty(page))
1361                                         goto keep;
1362
1363                                 /*
1364                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1365                                  * ahead and try to reclaim the page.
1366                                  */
1367                                 if (!trylock_page(page))
1368                                         goto keep;
1369                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1370                                         goto keep_locked;
1371                                 mapping = page_mapping(page);
1372                         case PAGE_CLEAN:
1373                                 ; /* try to free the page below */
1374                         }
1375                 }
1376
1377                 /*
1378                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1379                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1380                  * the page as well.
1381                  *
1382                  * We do this even if the page is PageDirty().
1383                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1384                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1385                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1386                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1387                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1388                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1389                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1390                  *
1391                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1392                  * the pages which were not successfully invalidated in
1393                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1394                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1395                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1396                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1397                  */
1398                 if (page_has_private(page)) {
1399                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1400                                 goto activate_locked;
1401                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1402                                 unlock_page(page);
1403                                 if (put_page_testzero(page))
1404                                         goto free_it;
1405                                 else {
1406                                         /*
1407                                          * rare race with speculative reference.
1408                                          * the speculative reference will free
1409                                          * this page shortly, so we may
1410                                          * increment nr_reclaimed here (and
1411                                          * leave it off the LRU).
1412                                          */
1413                                         nr_reclaimed++;
1414                                         continue;
1415                                 }
1416                         }
1417                 }
1418
1419                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1420                         /* follow __remove_mapping for reference */
1421                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1422                                 goto keep_locked;
1423                         if (PageDirty(page)) {
1424                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1425                                 goto keep_locked;
1426                         }
1427
1428                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1429                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1430                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1431                                                          sc->target_mem_cgroup))
1432                         goto keep_locked;
1433
1434                 unlock_page(page);
1435 free_it:
1436                 /*
1437                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1438                  * all base pages.
1439                  */
1440                 nr_reclaimed += nr_pages;
1441
1442                 /*
1443                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1444                  * appear not as the counts should be low
1445                  */
1446                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1447                         (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1448                 else
1449                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1450                 continue;
1451
1452 activate_locked_split:
1453                 /*
1454                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1455                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1456                  */
1457                 if (nr_pages > 1) {
1458                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1459                         nr_pages = 1;
1460                 }
1461 activate_locked:
1462                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1463                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1464                                                 PageMlocked(page)))
1465                         try_to_free_swap(page);
1466                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1467                 if (!PageMlocked(page)) {
1468                         int type = page_is_file_cache(page);
1469                         SetPageActive(page);
1470                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1471                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1472                 }
1473 keep_locked:
1474                 unlock_page(page);
1475 keep:
1476                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1477                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1478         }
1479
1480         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1481
1482         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1483         try_to_unmap_flush();
1484         free_unref_page_list(&free_pages);
1485
1486         list_splice(&ret_pages, page_list);
1487         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1488
1489         return nr_reclaimed;
1490 }
1491
1492 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1493                                             struct list_head *page_list)
1494 {
1495         struct scan_control sc = {
1496                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1497                 .priority = DEF_PRIORITY,
1498                 .may_unmap = 1,
1499         };
1500         struct reclaim_stat dummy_stat;
1501         unsigned long ret;
1502         struct page *page, *next;
1503         LIST_HEAD(clean_pages);
1504
1505         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1506                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1507                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1508                         ClearPageActive(page);
1509                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1510                 }
1511         }
1512
1513         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1514                         TTU_IGNORE_ACCESS, &dummy_stat, true);
1515         list_splice(&clean_pages, page_list);
1516         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1517         return ret;
1518 }
1519
1520 /*
1521  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1522  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1523  * freed elsewhere are also ignored.
1524  *
1525  * page:        page to consider
1526  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1527  *
1528  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1529  */
1530 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1531 {
1532         int ret = -EINVAL;
1533
1534         /* Only take pages on the LRU. */
1535         if (!PageLRU(page))
1536                 return ret;
1537
1538         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1539         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1540                 return ret;
1541
1542         ret = -EBUSY;
1543
1544         /*
1545          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1546          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1547          * blocking - clean pages for the most part.
1548          *
1549          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1550          * that it is possible to migrate without blocking
1551          */
1552         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1553                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1554                 if (PageWriteback(page))
1555                         return ret;
1556
1557                 if (PageDirty(page)) {
1558                         struct address_space *mapping;
1559                         bool migrate_dirty;
1560
1561                         /*
1562                          * Only pages without mappings or that have a
1563                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1564                          * without blocking. However, we can be racing with
1565                          * truncation so it's necessary to lock the page
1566                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1567                          * the page lock until after the page is removed
1568                          * from the page cache.
1569                          */
1570                         if (!trylock_page(page))
1571                                 return ret;
1572
1573                         mapping = page_mapping(page);
1574                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1575                         unlock_page(page);
1576                         if (!migrate_dirty)
1577                                 return ret;
1578                 }
1579         }
1580
1581         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1582                 return ret;
1583
1584         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1585                 /*
1586                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1587                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1588                  * page release code relies on it.
1589                  */
1590                 ClearPageLRU(page);
1591                 ret = 0;
1592         }
1593
1594         return ret;
1595 }
1596
1597
1598 /*
1599  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1600  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a santity check.
1601  */
1602 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1603                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1604 {
1605         int zid;
1606
1607         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1608                 if (!nr_zone_taken[zid])
1609                         continue;
1610
1611                 __update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1612 #ifdef CONFIG_MEMCG
1613                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1614 #endif
1615         }
1616
1617 }
1618
1619 /**
1620  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1621  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1622  * and working on them outside the LRU lock.
1623  *
1624  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1625  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1626  *
1627  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1628  *
1629  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1630  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1631  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1632  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1633  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1634  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1635  * @lru:        LRU list id for isolating
1636  *
1637  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1638  */
1639 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1640                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1641                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1642                 enum lru_list lru)
1643 {
1644         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1645         unsigned long nr_taken = 0;
1646         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1647         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1648         unsigned long skipped = 0;
1649         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1650         LIST_HEAD(pages_skipped);
1651         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1652
1653         total_scan = 0;
1654         scan = 0;
1655         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1656                 struct page *page;
1657
1658                 page = lru_to_page(src);
1659                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1660
1661                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1662
1663                 nr_pages = compound_nr(page);
1664                 total_scan += nr_pages;
1665
1666                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1667                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1668                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1669                         continue;
1670                 }
1671
1672                 /*
1673                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1674                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1675                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1676                  * pages, triggering a premature OOM.
1677                  *
1678                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1679                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1680                  * only when the page is being freed somewhere else.
1681                  */
1682                 scan += nr_pages;
1683                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1684                 case 0:
1685                         nr_taken += nr_pages;
1686                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1687                         list_move(&page->lru, dst);
1688                         break;
1689
1690                 case -EBUSY:
1691                         /* else it is being freed elsewhere */
1692                         list_move(&page->lru, src);
1693                         continue;
1694
1695                 default:
1696                         BUG();
1697                 }
1698         }
1699
1700         /*
1701          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1702          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1703          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1704          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1705          * system at risk of premature OOM.
1706          */
1707         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1708                 int zid;
1709
1710                 list_splice(&pages_skipped, src);
1711                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1712                         if (!nr_skipped[zid])
1713                                 continue;
1714
1715                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1716                         skipped += nr_skipped[zid];
1717                 }
1718         }
1719         *nr_scanned = total_scan;
1720         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1721                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1722         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1723         return nr_taken;
1724 }
1725
1726 /**
1727  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1728  * @page: page to isolate from its LRU list
1729  *
1730  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1731  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1732  *
1733  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1734  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1735  *
1736  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1737  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1738  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1739  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1740  *
1741  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1742  * found will be decremented.
1743  *
1744  * Restrictions:
1745  *
1746  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1747  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1748  *     without a stable reference).
1749  * (2) the lru_lock must not be held.
1750  * (3) interrupts must be enabled.
1751  */
1752 int isolate_lru_page(struct page *page)
1753 {
1754         int ret = -EBUSY;
1755
1756         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1757         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1758
1759         if (PageLRU(page)) {
1760                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1761                 struct lruvec *lruvec;
1762
1763                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1764                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1765                 if (PageLRU(page)) {
1766                         int lru = page_lru(page);
1767                         get_page(page);
1768                         ClearPageLRU(page);
1769                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1770                         ret = 0;
1771                 }
1772                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1773         }
1774         return ret;
1775 }
1776
1777 /*
1778  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1779  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1780  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1781  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1782  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1783  */
1784 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1785                 struct scan_control *sc)
1786 {
1787         unsigned long inactive, isolated;
1788
1789         if (current_is_kswapd())
1790                 return 0;
1791
1792         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1793                 return 0;
1794
1795         if (file) {
1796                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1797                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1798         } else {
1799                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1800                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1801         }
1802
1803         /*
1804          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1805          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1806          * deadlock.
1807          */
1808         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1809                 inactive >>= 3;
1810
1811         return isolated > inactive;
1812 }
1813
1814 /*
1815  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1816  *
1817  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1818  * processes, from rmap.
1819  *
1820  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1821  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1822  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1823  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1824  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1825  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1826  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1827  *
1828  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1829  * But we had to alter page->flags anyway.
1830  *
1831  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1832  */
1833
1834 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1835                                                      struct list_head *list)
1836 {
1837         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1838         int nr_pages, nr_moved = 0;
1839         LIST_HEAD(pages_to_free);
1840         struct page *page;
1841         enum lru_list lru;
1842
1843         while (!list_empty(list)) {
1844                 page = lru_to_page(list);
1845                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1846                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1847                         list_del(&page->lru);
1848                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1849                         putback_lru_page(page);
1850                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1851                         continue;
1852                 }
1853                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1854
1855                 SetPageLRU(page);
1856                 lru = page_lru(page);
1857
1858                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1859                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1860                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1861
1862                 if (put_page_testzero(page)) {
1863                         __ClearPageLRU(page);
1864                         __ClearPageActive(page);
1865                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1866
1867                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1868                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1869                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1870                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1871                         } else
1872                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1873                 } else {
1874                         nr_moved += nr_pages;
1875                 }
1876         }
1877
1878         /*
1879          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1880          */
1881         list_splice(&pages_to_free, list);
1882
1883         return nr_moved;
1884 }
1885
1886 /*
1887  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1888  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1889  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1890  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1891  */
1892 static int current_may_throttle(void)
1893 {
1894         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1895                 current->backing_dev_info == NULL ||
1896                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1897 }
1898
1899 /*
1900  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1901  * of reclaimed pages
1902  */
1903 static noinline_for_stack unsigned long
1904 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1905                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1906 {
1907         LIST_HEAD(page_list);
1908         unsigned long nr_scanned;
1909         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1910         unsigned long nr_taken;
1911         struct reclaim_stat stat;
1912         int file = is_file_lru(lru);
1913         enum vm_event_item item;
1914         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1915         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1916         bool stalled = false;
1917
1918         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1919                 if (stalled)
1920                         return 0;
1921
1922                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1923                 msleep(100);
1924                 stalled = true;
1925
1926                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1927                 if (fatal_signal_pending(current))
1928                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1929         }
1930
1931         lru_add_drain();
1932
1933         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1934
1935         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1936                                      &nr_scanned, sc, lru);
1937
1938         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1939         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1940
1941         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1942         if (!cgroup_reclaim(sc))
1943                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1944         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1945         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1946
1947         if (nr_taken == 0)
1948                 return 0;
1949
1950         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1951                                 &stat, false);
1952
1953         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1954
1955         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1956         if (!cgroup_reclaim(sc))
1957                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1958         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1959         reclaim_stat->recent_rotated[0] += stat.nr_activate[0];
1960         reclaim_stat->recent_rotated[1] += stat.nr_activate[1];
1961
1962         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1963
1964         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1965
1966         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1967
1968         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1969         free_unref_page_list(&page_list);
1970
1971         /*
1972          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1973          * implies that flushers are not doing their job. This can
1974          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1975          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1976          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1977          * dirty pages grows not through writes but through memory
1978          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1979          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1980          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1981          */
1982         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1983                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1984
1985         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1986         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1987         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1988         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1989         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
1990         sc->nr.taken += nr_taken;
1991         if (file)
1992                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
1993
1994         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1995                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
1996         return nr_reclaimed;
1997 }
1998
1999 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2000                                struct lruvec *lruvec,
2001                                struct scan_control *sc,
2002                                enum lru_list lru)
2003 {
2004         unsigned long nr_taken;
2005         unsigned long nr_scanned;
2006         unsigned long vm_flags;
2007         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2008         LIST_HEAD(l_active);
2009         LIST_HEAD(l_inactive);
2010         struct page *page;
2011         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2012         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2013         unsigned nr_rotated = 0;
2014         int file = is_file_lru(lru);
2015         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2016
2017         lru_add_drain();
2018
2019         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2020
2021         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2022                                      &nr_scanned, sc, lru);
2023
2024         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2025         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
2026
2027         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2028         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2029
2030         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2031
2032         while (!list_empty(&l_hold)) {
2033                 cond_resched();
2034                 page = lru_to_page(&l_hold);
2035                 list_del(&page->lru);
2036
2037                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2038                         putback_lru_page(page);
2039                         continue;
2040                 }
2041
2042                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2043                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2044                                 if (page_has_private(page))
2045                                         try_to_release_page(page, 0);
2046                                 unlock_page(page);
2047                         }
2048                 }
2049
2050                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2051                                     &vm_flags)) {
2052                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
2053                         /*
2054                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2055                          * give them one more trip around the active list. So
2056                          * that executable code get better chances to stay in
2057                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2058                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2059                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2060                          * so we ignore them here.
2061                          */
2062                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
2063                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2064                                 continue;
2065                         }
2066                 }
2067
2068                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2069                 SetPageWorkingset(page);
2070                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2071         }
2072
2073         /*
2074          * Move pages back to the lru list.
2075          */
2076         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2077         /*
2078          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
2079          * even though only some of them are actually re-activated.  This
2080          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
2081          * get_scan_count.
2082          */
2083         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
2084
2085         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2086         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2087         /* Keep all free pages in l_active list */
2088         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2089
2090         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2091         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2092
2093         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2094         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2095
2096         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2097         free_unref_page_list(&l_active);
2098         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2099                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2100 }
2101
2102 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2103 {
2104         int nid = -1;
2105         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2106         LIST_HEAD(node_page_list);
2107         struct reclaim_stat dummy_stat;
2108         struct page *page;
2109         struct scan_control sc = {
2110                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2111                 .priority = DEF_PRIORITY,
2112                 .may_writepage = 1,
2113                 .may_unmap = 1,
2114                 .may_swap = 1,
2115         };
2116
2117         while (!list_empty(page_list)) {
2118                 page = lru_to_page(page_list);
2119                 if (nid == -1) {
2120                         nid = page_to_nid(page);
2121                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2122                 }
2123
2124                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2125                         ClearPageActive(page);
2126                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2127                         continue;
2128                 }
2129
2130                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2131                                                 NODE_DATA(nid),
2132                                                 &sc, 0,
2133                                                 &dummy_stat, false);
2134                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2135                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2136                         list_del(&page->lru);
2137                         putback_lru_page(page);
2138                 }
2139
2140                 nid = -1;
2141         }
2142
2143         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2144                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2145                                                 NODE_DATA(nid),
2146                                                 &sc, 0,
2147                                                 &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 /*
2159  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2160  * to do too much work.
2161  *
2162  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2163  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2164  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2165  *
2166  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2167  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2168  *
2169  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2170  *
2171  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2172  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2173  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2174  *
2175  * total     target    max
2176  * memory    ratio     inactive
2177  * -------------------------------------
2178  *   10MB       1         5MB
2179  *  100MB       1        50MB
2180  *    1GB       3       250MB
2181  *   10GB      10       0.9GB
2182  *  100GB      31         3GB
2183  *    1TB     101        10GB
2184  *   10TB     320        32GB
2185  */
2186 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file,
2187                                  struct scan_control *sc, bool trace)
2188 {
2189         enum lru_list active_lru = file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE;
2190         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2191         enum lru_list inactive_lru = file * LRU_FILE;
2192         unsigned long inactive, active;
2193         unsigned long inactive_ratio;
2194         struct lruvec *target_lruvec;
2195         unsigned long refaults;
2196         unsigned long gb;
2197
2198         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, sc->reclaim_idx);
2199         active = lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, sc->reclaim_idx);
2200
2201         /*
2202          * When refaults are being observed, it means a new workingset
2203          * is being established. Disable active list protection to get
2204          * rid of the stale workingset quickly.
2205          */
2206         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2207         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2208         if (file && target_lruvec->refaults != refaults) {
2209                 inactive_ratio = 0;
2210         } else {
2211                 gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2212                 if (gb)
2213                         inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2214                 else
2215                         inactive_ratio = 1;
2216         }
2217
2218         if (trace)
2219                 trace_mm_vmscan_inactive_list_is_low(pgdat->node_id, sc->reclaim_idx,
2220                         lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, MAX_NR_ZONES), inactive,
2221                         lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, MAX_NR_ZONES), active,
2222                         inactive_ratio, file);
2223
2224         return inactive * inactive_ratio < active;
2225 }
2226
2227 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2228                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2229 {
2230         if (is_active_lru(lru)) {
2231                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru), sc, true))
2232                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2233                 return 0;
2234         }
2235
2236         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2237 }
2238
2239 enum scan_balance {
2240         SCAN_EQUAL,
2241         SCAN_FRACT,
2242         SCAN_ANON,
2243         SCAN_FILE,
2244 };
2245
2246 /*
2247  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2248  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2249  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2250  * onto the active list instead of evict.
2251  *
2252  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2253  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2254  */
2255 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2256                            unsigned long *nr)
2257 {
2258         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2259         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2260         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2261         u64 fraction[2];
2262         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2263         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2264         unsigned long anon_prio, file_prio;
2265         enum scan_balance scan_balance;
2266         unsigned long anon, file;
2267         unsigned long ap, fp;
2268         enum lru_list lru;
2269
2270         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2271         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2272                 scan_balance = SCAN_FILE;
2273                 goto out;
2274         }
2275
2276         /*
2277          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2278          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2279          * disable swapping for individual groups completely when
2280          * using the memory controller's swap limit feature would be
2281          * too expensive.
2282          */
2283         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2284                 scan_balance = SCAN_FILE;
2285                 goto out;
2286         }
2287
2288         /*
2289          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2290          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2291          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2292          */
2293         if (!sc->priority && swappiness) {
2294                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2295                 goto out;
2296         }
2297
2298         /*
2299          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2300          * But only if there are enough inactive anonymous pages on
2301          * the LRU. Otherwise, the small LRU gets thrashed.
2302          */
2303         if (sc->file_is_tiny &&
2304             !inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, false) &&
2305             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON,
2306                             sc->reclaim_idx) >> sc->priority) {
2307                 scan_balance = SCAN_ANON;
2308                 goto out;
2309         }
2310
2311         /*
2312          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2313          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2314          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2315          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2316          * Without the second condition we could end up never scanning an
2317          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2318          * system is under heavy pressure.
2319          */
2320         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true, sc, false) &&
2321             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, sc->reclaim_idx) >> sc->priority) {
2322                 scan_balance = SCAN_FILE;
2323                 goto out;
2324         }
2325
2326         scan_balance = SCAN_FRACT;
2327
2328         /*
2329          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2330          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2331          */
2332         anon_prio = swappiness;
2333         file_prio = 200 - anon_prio;
2334
2335         /*
2336          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2337          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2338          * ratios to determine how valuable each cache is.
2339          *
2340          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2341          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2342          * up weighing recent references more than old ones.
2343          *
2344          * anon in [0], file in [1]
2345          */
2346
2347         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES) +
2348                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES);
2349         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES) +
2350                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES);
2351
2352         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2353         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2354                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2355                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2356         }
2357
2358         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2359                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2360                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2361         }
2362
2363         /*
2364          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2365          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2366          * each list that were recently referenced and in active use.
2367          */
2368         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2369         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2370
2371         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2372         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2373         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2374
2375         fraction[0] = ap;
2376         fraction[1] = fp;
2377         denominator = ap + fp + 1;
2378 out:
2379         for_each_evictable_lru(lru) {
2380                 int file = is_file_lru(lru);
2381                 unsigned long lruvec_size;
2382                 unsigned long scan;
2383                 unsigned long protection;
2384
2385                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2386                 protection = mem_cgroup_protection(memcg,
2387                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2388
2389                 if (protection) {
2390                         /*
2391                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2392                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2393                          * setting.
2394                          *
2395                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2396                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2397                          * approach the memory protection threshold, to totally
2398                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2399                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2400                          * also means we simply get no protection at all if we
2401                          * set it too low, which is not ideal.
2402                          *
2403                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2404                          * pressure by how much of the total memory used is
2405                          * within protection thresholds.
2406                          *
2407                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2408                          * we skip over all groups that are within their low
2409                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2410                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2411                          * the best-effort low protection. However, we still
2412                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2413                          * that case instead of simply punishing them all
2414                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2415                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2416                          * again by how much of the total memory used is under
2417                          * hard protection.
2418                          */
2419                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2420
2421                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2422                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2423
2424                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2425                                 cgroup_size;
2426
2427                         /*
2428                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2429                          * reclaim moving forwards, avoiding decremeting
2430                          * sc->priority further than desirable.
2431                          */
2432                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2433                 } else {
2434                         scan = lruvec_size;
2435                 }
2436
2437                 scan >>= sc->priority;
2438
2439                 /*
2440                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2441                  * scrape out the remaining cache.
2442                  */
2443                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2444                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2445
2446                 switch (scan_balance) {
2447                 case SCAN_EQUAL:
2448                         /* Scan lists relative to size */
2449                         break;
2450                 case SCAN_FRACT:
2451                         /*
2452                          * Scan types proportional to swappiness and
2453                          * their relative recent reclaim efficiency.
2454                          * Make sure we don't miss the last page on
2455                          * the offlined memory cgroups because of a
2456                          * round-off error.
2457                          */
2458                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2459                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2460                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2461                                                   denominator);
2462                         break;
2463                 case SCAN_FILE:
2464                 case SCAN_ANON:
2465                         /* Scan one type exclusively */
2466                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2467                                 lruvec_size = 0;
2468                                 scan = 0;
2469                         }
2470                         break;
2471                 default:
2472                         /* Look ma, no brain */
2473                         BUG();
2474                 }
2475
2476                 nr[lru] = scan;
2477         }
2478 }
2479
2480 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2481 {
2482         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2483         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2484         unsigned long nr_to_scan;
2485         enum lru_list lru;
2486         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2487         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2488         struct blk_plug plug;
2489         bool scan_adjusted;
2490
2491         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2492
2493         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2494         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2495
2496         /*
2497          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2498          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2499          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2500          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2501          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2502          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2503          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2504          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2505          * dropped to zero at the first pass.
2506          */
2507         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2508                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2509
2510         blk_start_plug(&plug);
2511         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2512                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2513                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2514                 unsigned long nr_scanned;
2515
2516                 for_each_evictable_lru(lru) {
2517                         if (nr[lru]) {
2518                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2519                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2520
2521                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2522                                                             lruvec, sc);
2523                         }
2524                 }
2525
2526                 cond_resched();
2527
2528                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2529                         continue;
2530
2531                 /*
2532                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2533                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2534                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2535                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2536                  * proportional to the original scan target.
2537                  */
2538                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2539                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2540
2541                 /*
2542                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2543                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2544                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2545                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2546                  */
2547                 if (!nr_file || !nr_anon)
2548                         break;
2549
2550                 if (nr_file > nr_anon) {
2551                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2552                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2553                         lru = LRU_BASE;
2554                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2555                 } else {
2556                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2557                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2558                         lru = LRU_FILE;
2559                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2560                 }
2561
2562                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2563                 nr[lru] = 0;
2564                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2565
2566                 /*
2567                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2568                  * scan target and the percentage scanning already complete
2569                  */
2570                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2571                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2572                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2573                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2574
2575                 lru += LRU_ACTIVE;
2576                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2577                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2578                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2579
2580                 scan_adjusted = true;
2581         }
2582         blk_finish_plug(&plug);
2583         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2584
2585         /*
2586          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2587          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2588          */
2589         if (total_swap_pages && inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
2590                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2591                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2592 }
2593
2594 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2595 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2596 {
2597         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2598                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2599                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2600                 return true;
2601
2602         return false;
2603 }
2604
2605 /*
2606  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2607  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2608  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2609  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2610  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2611  */
2612 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2613                                         unsigned long nr_reclaimed,
2614                                         struct scan_control *sc)
2615 {
2616         unsigned long pages_for_compaction;
2617         unsigned long inactive_lru_pages;
2618         int z;
2619
2620         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2621         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2622                 return false;
2623
2624         /*
2625          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2626          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2627          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2628          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2629          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2630          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2631          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2632          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2633          */
2634         if (!nr_reclaimed)
2635                 return false;
2636
2637         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2638         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2639                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2640                 if (!managed_zone(zone))
2641                         continue;
2642
2643                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2644                 case COMPACT_SUCCESS:
2645                 case COMPACT_CONTINUE:
2646                         return false;
2647                 default:
2648                         /* check next zone */
2649                         ;
2650                 }
2651         }
2652
2653         /*
2654          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2655          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2656          */
2657         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2658         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2659         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2660                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2661
2662         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2663 }
2664
2665 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2666 {
2667         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2668         struct mem_cgroup *memcg;
2669
2670         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2671         do {
2672                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2673                 unsigned long reclaimed;
2674                 unsigned long scanned;
2675
2676                 switch (mem_cgroup_protected(target_memcg, memcg)) {
2677                 case MEMCG_PROT_MIN:
2678                         /*
2679                          * Hard protection.
2680                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2681                          */
2682                         continue;
2683                 case MEMCG_PROT_LOW:
2684                         /*
2685                          * Soft protection.
2686                          * Respect the protection only as long as
2687                          * there is an unprotected supply
2688                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2689                          */
2690                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2691                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2692                                 continue;
2693                         }
2694                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2695                         break;
2696                 case MEMCG_PROT_NONE:
2697                         /*
2698                          * All protection thresholds breached. We may
2699                          * still choose to vary the scan pressure
2700                          * applied based on by how much the cgroup in
2701                          * question has exceeded its protection
2702                          * thresholds (see get_scan_count).
2703                          */
2704                         break;
2705                 }
2706
2707                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2708                 scanned = sc->nr_scanned;
2709
2710                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2711
2712                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2713                             sc->priority);
2714
2715                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2716                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2717                            sc->nr_scanned - scanned,
2718                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2719
2720         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2721 }
2722
2723 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2724 {
2725         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2726         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2727         struct lruvec *target_lruvec;
2728         bool reclaimable = false;
2729
2730         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2731
2732 again:
2733         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2734
2735         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2736         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2737
2738         /*
2739          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2740          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2741          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2742          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2743          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2744          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2745          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2746          */
2747         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2748                 unsigned long file;
2749                 unsigned long free;
2750                 int z;
2751                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2752
2753                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2754                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2755                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2756
2757                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2758                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2759                         if (!managed_zone(zone))
2760                                 continue;
2761
2762                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2763                 }
2764
2765                 sc->file_is_tiny = file + free <= total_high_wmark;
2766         }
2767
2768         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2769
2770         if (reclaim_state) {
2771                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2772                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2773         }
2774
2775         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2776         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2777                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2778                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2779
2780         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2781                 reclaimable = true;
2782
2783         if (current_is_kswapd()) {
2784                 /*
2785                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2786                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2787                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2788                  * global limits are not being effective at throttling
2789                  * processes due to the page distribution throughout
2790                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2791                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2792                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2793                  * the dirtying process is throttled in the same way
2794                  * balance_dirty_pages() manages.
2795                  *
2796                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2797                  * count the number of pages under pages flagged for
2798                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2799                  * in the nr_immediate check below.
2800                  */
2801                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2802                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2803
2804                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2805                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2806                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2807
2808                 /*
2809                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
2810                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2811                  * implies that pages are cycling through the LRU
2812                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2813                  */
2814                 if (sc->nr.immediate)
2815                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2816         }
2817
2818         /*
2819          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2820          * scanned were backed by a congested BDI and
2821          * wait_iff_congested will stall.
2822          *
2823          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2824          * stalling in wait_iff_congested().
2825          */
2826         if ((current_is_kswapd() ||
2827              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2828             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2829                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2830
2831         /*
2832          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2833          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2834          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2835          * the LRU too quickly.
2836          */
2837         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2838             !sc->hibernation_mode &&
2839             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2840                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2841
2842         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2843                                     sc))
2844                 goto again;
2845
2846         /*
2847          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2848          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2849          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2850          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2851          */
2852         if (reclaimable)
2853                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2854
2855         return reclaimable;
2856 }
2857
2858 /*
2859  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2860  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2861  * should reclaim first.
2862  */
2863 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2864 {
2865         unsigned long watermark;
2866         enum compact_result suitable;
2867
2868         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2869         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2870                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2871                 return true;
2872         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2873                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2874                 return false;
2875
2876         /*
2877          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2878          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2879          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2880          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2881          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2882          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2883          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2884          */
2885         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2886
2887         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2888 }
2889
2890 /*
2891  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2892  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2893  * request.
2894  *
2895  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2896  * scan then give up on it.
2897  */
2898 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2899 {
2900         struct zoneref *z;
2901         struct zone *zone;
2902         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2903         unsigned long nr_soft_scanned;
2904         gfp_t orig_mask;
2905         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2906
2907         /*
2908          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2909          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2910          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2911          */
2912         orig_mask = sc->gfp_mask;
2913         if (buffer_heads_over_limit) {
2914                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2915                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2916         }
2917
2918         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2919                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2920                 /*
2921                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2922                  * to global LRU.
2923                  */
2924                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2925                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2926                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2927                                 continue;
2928
2929                         /*
2930                          * If we already have plenty of memory free for
2931                          * compaction in this zone, don't free any more.
2932                          * Even though compaction is invoked for any
2933                          * non-zero order, only frequent costly order
2934                          * reclamation is disruptive enough to become a
2935                          * noticeable problem, like transparent huge
2936                          * page allocations.
2937                          */
2938                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2939                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2940                             compaction_ready(zone, sc)) {
2941                                 sc->compaction_ready = true;
2942                                 continue;
2943                         }
2944
2945                         /*
2946                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2947                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2948                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2949                          * the user prefers lower zones being preserved.
2950                          */
2951                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2952                                 continue;
2953
2954                         /*
2955                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2956                          * and returns the number of reclaimed pages and
2957                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2958                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2959                          */
2960                         nr_soft_scanned = 0;
2961                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2962                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2963                                                 &nr_soft_scanned);
2964                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2965                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2966                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2967                 }
2968
2969                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2970                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2971                         continue;
2972                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2973                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2974         }
2975
2976         /*
2977          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2978          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2979          */
2980         sc->gfp_mask = orig_mask;
2981 }
2982
2983 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2984 {
2985         struct lruvec *target_lruvec;
2986         unsigned long refaults;
2987
2988         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2989         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2990         target_lruvec->refaults = refaults;
2991 }
2992
2993 /*
2994  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2995  *
2996  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2997  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2998  *
2999  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3000  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3001  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3002  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3003  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3004  * work, and the allocation attempt will fail.
3005  *
3006  * returns:     0, if no pages reclaimed
3007  *              else, the number of pages reclaimed
3008  */
3009 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3010                                           struct scan_control *sc)
3011 {
3012         int initial_priority = sc->priority;
3013         pg_data_t *last_pgdat;
3014         struct zoneref *z;
3015         struct zone *zone;
3016 retry:
3017         delayacct_freepages_start();
3018
3019         if (!cgroup_reclaim(sc))
3020                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3021
3022         do {
3023                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3024                                 sc->priority);
3025                 sc->nr_scanned = 0;
3026                 shrink_zones(zonelist, sc);
3027
3028                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3029                         break;
3030
3031                 if (sc->compaction_ready)
3032                         break;
3033
3034                 /*
3035                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3036                  * writepage even in laptop mode.
3037                  */
3038                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3039                         sc->may_writepage = 1;
3040         } while (--sc->priority >= 0);
3041
3042         last_pgdat = NULL;
3043         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3044                                         sc->nodemask) {
3045                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3046                         continue;
3047                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3048
3049                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3050
3051                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3052                         struct lruvec *lruvec;
3053
3054                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3055                                                    zone->zone_pgdat);
3056                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3057                 }
3058         }
3059
3060         delayacct_freepages_end();
3061
3062         if (sc->nr_reclaimed)
3063                 return sc->nr_reclaimed;
3064
3065         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3066         if (sc->compaction_ready)
3067                 return 1;
3068
3069         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3070         if (sc->memcg_low_skipped) {
3071                 sc->priority = initial_priority;
3072                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3073                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3074                 goto retry;
3075         }
3076
3077         return 0;
3078 }
3079
3080 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3081 {
3082         struct zone *zone;
3083         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3084         unsigned long free_pages = 0;
3085         int i;
3086         bool wmark_ok;
3087
3088         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3089                 return true;
3090
3091         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3092                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3093                 if (!managed_zone(zone))
3094                         continue;
3095
3096                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3097                         continue;
3098
3099                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3100                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3101         }
3102
3103         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3104         if (!pfmemalloc_reserve)
3105                 return true;
3106
3107         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3108
3109         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3110         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3111                 pgdat->kswapd_classzone_idx = min(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3112                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
3113                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3114         }
3115
3116         return wmark_ok;
3117 }
3118
3119 /*
3120  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3121  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3122  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3123  * when the low watermark is reached.
3124  *
3125  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3126  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3127  */
3128 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3129                                         nodemask_t *nodemask)
3130 {
3131         struct zoneref *z;
3132         struct zone *zone;
3133         pg_data_t *pgdat = NULL;
3134
3135         /*
3136          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3137          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3138          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3139          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3140          * processes to block on log_wait_commit().
3141          */
3142         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3143                 goto out;
3144
3145         /*
3146          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3147          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3148          */
3149         if (fatal_signal_pending(current))
3150                 goto out;
3151
3152         /*
3153          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3154          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3155          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3156          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3157          *
3158          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3159          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3160          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3161          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3162          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3163          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3164          * should make reasonable progress.
3165          */
3166         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3167                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3168                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3169                         continue;
3170
3171                 /* Throttle based on the first usable node */
3172                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3173                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3174                         goto out;
3175                 break;
3176         }
3177
3178         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3179         if (!pgdat)
3180                 goto out;
3181
3182         /* Account for the throttling */
3183         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3184
3185         /*
3186          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3187          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3188          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3189          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3190          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3191          * second before continuing.
3192          */
3193         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3194                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3195                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3196
3197                 goto check_pending;
3198         }
3199
3200         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3201         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3202                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3203
3204 check_pending:
3205         if (fatal_signal_pending(current))
3206                 return true;
3207
3208 out:
3209         return false;
3210 }
3211
3212 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3213                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3214 {
3215         unsigned long nr_reclaimed;
3216         struct scan_control sc = {
3217                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3218                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3219                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3220                 .order = order,
3221                 .nodemask = nodemask,
3222                 .priority = DEF_PRIORITY,
3223                 .may_writepage = !laptop_mode,
3224                 .may_unmap = 1,
3225                 .may_swap = 1,
3226         };
3227
3228         /*
3229          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3230          * Confirm they are large enough for max values.
3231          */
3232         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3233         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3234         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3235
3236         /*
3237          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3238          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3239          * point.
3240          */
3241         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3242                 return 1;
3243
3244         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3245         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3246
3247         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3248
3249         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3250         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3251
3252         return nr_reclaimed;
3253 }
3254
3255 #ifdef CONFIG_MEMCG
3256
3257 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3258 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3259                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3260                                                 pg_data_t *pgdat,
3261                                                 unsigned long *nr_scanned)
3262 {
3263         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3264         struct scan_control sc = {
3265                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3266                 .target_mem_cgroup = memcg,
3267                 .may_writepage = !laptop_mode,
3268                 .may_unmap = 1,
3269                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3270                 .may_swap = !noswap,
3271         };
3272
3273         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3274
3275         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3276                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3277
3278         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3279                                                       sc.gfp_mask);
3280
3281         /*
3282          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3283          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3284          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3285          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3286          * the priority and make it zero.
3287          */
3288         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3289
3290         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3291
3292         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3293
3294         return sc.nr_reclaimed;
3295 }
3296
3297 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3298                                            unsigned long nr_pages,
3299                                            gfp_t gfp_mask,
3300                                            bool may_swap)
3301 {
3302         struct zonelist *zonelist;
3303         unsigned long nr_reclaimed;
3304         unsigned long pflags;
3305         int nid;
3306         unsigned int noreclaim_flag;
3307         struct scan_control sc = {
3308                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3309                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3310                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3311                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3312                 .target_mem_cgroup = memcg,
3313                 .priority = DEF_PRIORITY,
3314                 .may_writepage = !laptop_mode,
3315                 .may_unmap = 1,
3316                 .may_swap = may_swap,
3317         };
3318
3319         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3320         /*
3321          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
3322          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
3323          * scan does not need to be the current node.
3324          */
3325         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
3326
3327         zonelist = &NODE_DATA(nid)->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
3328
3329         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3330
3331         psi_memstall_enter(&pflags);
3332         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3333
3334         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3335
3336         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3337         psi_memstall_leave(&pflags);
3338
3339         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3340         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3341
3342         return nr_reclaimed;
3343 }
3344 #endif
3345
3346 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3347                                 struct scan_control *sc)
3348 {
3349         struct mem_cgroup *memcg;
3350
3351         if (!total_swap_pages)
3352                 return;
3353
3354         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3355         do {
3356                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3357
3358                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
3359                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3360                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3361
3362                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3363         } while (memcg);
3364 }
3365
3366 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int classzone_idx)
3367 {
3368         int i;
3369         struct zone *zone;
3370
3371         /*
3372          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3373          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3374          * should not be checked at the time time as reclaim would
3375          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3376          * zone is balanced.
3377          */
3378         for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3379                 zone = pgdat->node_zones + i;
3380                 if (!managed_zone(zone))
3381                         continue;
3382
3383                 if (zone->watermark_boost)
3384                         return true;
3385         }
3386
3387         return false;
3388 }
3389
3390 /*
3391  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3392  * and classzone_idx
3393  */
3394 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3395 {
3396         int i;
3397         unsigned long mark = -1;
3398         struct zone *zone;
3399
3400         /*
3401          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3402          * meet watermarks.
3403          */
3404         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3405                 zone = pgdat->node_zones + i;
3406
3407                 if (!managed_zone(zone))
3408                         continue;
3409
3410                 mark = high_wmark_pages(zone);
3411                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3412                         return true;
3413         }
3414
3415         /*
3416          * If a node has no populated zone within classzone_idx, it does not
3417          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3418          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3419          */
3420         if (mark == -1)
3421                 return true;
3422
3423         return false;
3424 }
3425
3426 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3427 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3428 {
3429         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3430
3431         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3432         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3433         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3434 }
3435
3436 /*
3437  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3438  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3439  *
3440  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3441  */
3442 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3443 {
3444         /*
3445          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3446          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3447          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3448          * throttled. There is also a potential race if processes get
3449          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3450          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3451          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3452          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3453          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3454          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3455          * that here we are under prepare_to_wait().
3456          */
3457         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3458                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3459
3460         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3461         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3462                 return true;
3463
3464         if (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx)) {
3465                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3466                 return true;
3467         }
3468
3469         return false;
3470 }
3471
3472 /*
3473  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3474  * zone that is currently unbalanced.
3475  *
3476  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3477  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3478  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3479  */
3480 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3481                                struct scan_control *sc)
3482 {
3483         struct zone *zone;
3484         int z;
3485
3486         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3487         sc->nr_to_reclaim = 0;
3488         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3489                 zone = pgdat->node_zones + z;
3490                 if (!managed_zone(zone))
3491                         continue;
3492
3493                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3494         }
3495
3496         /*
3497          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3498          * now pressure is applied based on node LRU order.
3499          */
3500         shrink_node(pgdat, sc);
3501
3502         /*
3503          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3504          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3505          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3506          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3507          * can direct reclaim/compact.
3508          */
3509         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3510                 sc->order = 0;
3511
3512         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3513 }
3514
3515 /*
3516  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3517  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3518  * balanced.
3519  *
3520  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3521  *
3522  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3523  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3524  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3525  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3526  * balanced.
3527  */
3528 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3529 {
3530         int i;
3531         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3532         unsigned long nr_soft_scanned;
3533         unsigned long pflags;
3534         unsigned long nr_boost_reclaim;
3535         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3536         bool boosted;
3537         struct zone *zone;
3538         struct scan_control sc = {
3539                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3540                 .order = order,
3541                 .may_unmap = 1,
3542         };
3543
3544         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3545         psi_memstall_enter(&pflags);
3546         __fs_reclaim_acquire();
3547
3548         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3549
3550         /*
3551          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3552          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3553          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3554          */
3555         nr_boost_reclaim = 0;
3556         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3557                 zone = pgdat->node_zones + i;
3558                 if (!managed_zone(zone))
3559                         continue;
3560
3561                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3562                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3563         }
3564         boosted = nr_boost_reclaim;
3565
3566 restart:
3567         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3568         do {
3569                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3570                 bool raise_priority = true;
3571                 bool balanced;
3572                 bool ret;
3573
3574                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3575
3576                 /*
3577                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3578                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3579                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3580                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3581                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3582                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3583                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3584                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3585                  */
3586                 if (buffer_heads_over_limit) {
3587                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3588                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3589                                 if (!managed_zone(zone))
3590                                         continue;
3591
3592                                 sc.reclaim_idx = i;
3593                                 break;
3594                         }
3595                 }
3596
3597                 /*
3598                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3599                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3600                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3601                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3602                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3603                  */
3604                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, classzone_idx);
3605                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3606                         nr_boost_reclaim = 0;
3607                         goto restart;
3608                 }
3609
3610                 /*
3611                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3612                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3613                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3614                  */
3615                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3616                         goto out;
3617
3618                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3619                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3620                         raise_priority = false;
3621
3622                 /*
3623                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3624                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3625                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3626                  * reclaim will be aborted.
3627                  */
3628                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3629                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3630
3631                 /*
3632                  * Do some background aging of the anon list, to give
3633                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3634                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3635                  * about consistent aging.
3636                  */
3637                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3638
3639                 /*
3640                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3641                  * even in laptop mode.
3642                  */
3643                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3644                         sc.may_writepage = 1;
3645
3646                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3647                 sc.nr_scanned = 0;
3648                 nr_soft_scanned = 0;
3649                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3650                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3651                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3652
3653                 /*
3654                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3655                  * enough pages are already being scanned that that high
3656                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3657                  */
3658                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3659                         raise_priority = false;
3660
3661                 /*
3662                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3663                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3664                  * able to safely make forward progress. Wake them
3665                  */
3666                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3667                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3668                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3669
3670                 /* Check if kswapd should be suspending */
3671                 __fs_reclaim_release();
3672                 ret = try_to_freeze();
3673                 __fs_reclaim_acquire();
3674                 if (ret || kthread_should_stop())
3675                         break;
3676
3677                 /*
3678                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3679                  * progress in reclaiming pages
3680                  */
3681                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3682                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3683
3684                 /*
3685                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3686                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3687                  * extreme circumstances.
3688                  */
3689                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3690                         break;
3691
3692                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3693                         sc.priority--;
3694         } while (sc.priority >= 1);
3695
3696         if (!sc.nr_reclaimed)
3697                 pgdat->kswapd_failures++;
3698
3699 out:
3700         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3701         if (boosted) {
3702                 unsigned long flags;
3703
3704                 for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3705                         if (!zone_boosts[i])
3706                                 continue;
3707
3708                         /* Increments are under the zone lock */
3709                         zone = pgdat->node_zones + i;
3710                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3711                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3712                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3713                 }
3714
3715                 /*
3716                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3717                  * pageblocks.
3718                  */
3719                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, classzone_idx);
3720         }
3721
3722         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3723         __fs_reclaim_release();
3724         psi_memstall_leave(&pflags);
3725         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3726
3727         /*
3728          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3729          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3730          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3731          * remain at the higher level.
3732          */
3733         return sc.order;
3734 }
3735
3736 /*
3737  * The pgdat->kswapd_classzone_idx is used to pass the highest zone index to be
3738  * reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is not
3739  * a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't sleep
3740  * after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that case
3741  * return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3742  */
3743 static enum zone_type kswapd_classzone_idx(pg_data_t *pgdat,
3744                                            enum zone_type prev_classzone_idx)
3745 {
3746         if (pgdat->kswapd_classzone_idx == MAX_NR_ZONES)
3747                 return prev_classzone_idx;
3748         return pgdat->kswapd_classzone_idx;
3749 }
3750
3751 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3752                                 unsigned int classzone_idx)
3753 {
3754         long remaining = 0;
3755         DEFINE_WAIT(wait);
3756
3757         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3758                 return;
3759
3760         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3761
3762         /*
3763          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3764          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3765          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3766          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3767          * succeed.
3768          */
3769         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3770                 /*
3771                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3772                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3773                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3774                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3775                  */
3776                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3777
3778                 /*
3779                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3780                  * allocation of the requested order possible.
3781                  */
3782                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3783
3784                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3785
3786                 /*
3787                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3788                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3789                  * the previous request that slept prematurely.
3790                  */
3791                 if (remaining) {
3792                         pgdat->kswapd_classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3793                         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3794                 }
3795
3796                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3797                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3798         }
3799
3800         /*
3801          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3802          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3803          */
3804         if (!remaining &&
3805             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3806                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3807
3808                 /*
3809                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3810                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3811                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3812                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3813                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3814                  * them before going back to sleep.
3815                  */
3816                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3817
3818                 if (!kthread_should_stop())
3819                         schedule();
3820
3821                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3822         } else {
3823                 if (remaining)
3824                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3825                 else
3826                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3827         }
3828         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3829 }
3830
3831 /*
3832  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3833  * from the init process.
3834  *
3835  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3836  * free memory available even if there is no other activity
3837  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3838  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3839  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3840  *
3841  * If there are applications that are active memory-allocators
3842  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3843  */
3844 static int kswapd(void *p)
3845 {
3846         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3847         unsigned int classzone_idx = MAX_NR_ZONES - 1;
3848         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3849         struct task_struct *tsk = current;
3850         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3851
3852         if (!cpumask_empty(cpumask))
3853                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3854
3855         /*
3856          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3857          * and that if we need more memory we should get access to it
3858          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3859          * never get caught in the normal page freeing logic.
3860          *
3861          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3862          * you need a small amount of memory in order to be able to
3863          * page out something else, and this flag essentially protects
3864          * us from recursively trying to free more memory as we're
3865          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3866          */
3867         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3868         set_freezable();
3869
3870         pgdat->kswapd_order = 0;
3871         pgdat->kswapd_classzone_idx = MAX_NR_ZONES;
3872         for ( ; ; ) {
3873                 bool ret;
3874
3875                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3876                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3877
3878 kswapd_try_sleep:
3879                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3880                                         classzone_idx);
3881
3882                 /* Read the new order and classzone_idx */
3883                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3884                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3885                 pgdat->kswapd_order = 0;
3886                 pgdat->kswapd_classzone_idx = MAX_NR_ZONES;
3887
3888                 ret = try_to_freeze();
3889                 if (kthread_should_stop())
3890                         break;
3891
3892                 /*
3893                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3894                  * after returning from the refrigerator
3895                  */
3896                 if (ret)
3897                         continue;
3898
3899                 /*
3900                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3901                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3902                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3903                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3904                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3905                  * request (alloc_order).
3906                  */
3907                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3908                                                 alloc_order);
3909                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3910                 if (reclaim_order < alloc_order)
3911                         goto kswapd_try_sleep;
3912         }
3913
3914         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3915
3916         return 0;
3917 }
3918
3919 /*
3920  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3921  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3922  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3923  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3924  * needed.
3925  */
3926 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3927                    enum zone_type classzone_idx)
3928 {
3929         pg_data_t *pgdat;
3930
3931         if (!managed_zone(zone))
3932                 return;
3933
3934         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3935                 return;
3936         pgdat = zone->zone_pgdat;
3937
3938         if (pgdat->kswapd_classzone_idx == MAX_NR_ZONES)
3939                 pgdat->kswapd_classzone_idx = classzone_idx;
3940         else
3941                 pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3942                                                   classzone_idx);
3943         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, order);
3944         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3945                 return;
3946
3947         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3948         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3949             (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx) &&
3950              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, classzone_idx))) {
3951                 /*
3952                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3953                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3954                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3955                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3956                  * ratelimit its work.
3957                  */
3958                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3959                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3960                 return;
3961         }
3962
3963         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, classzone_idx, order,
3964                                       gfp_flags);
3965         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3966 }
3967
3968 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3969 /*
3970  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3971  * freed pages.
3972  *
3973  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3974  * LRU order by reclaiming preferentially
3975  * inactive > active > active referenced > active mapped
3976  */
3977 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3978 {
3979         struct scan_control sc = {
3980                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3981                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3982                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3983                 .priority = DEF_PRIORITY,
3984                 .may_writepage = 1,
3985                 .may_unmap = 1,
3986                 .may_swap = 1,
3987                 .hibernation_mode = 1,
3988         };
3989         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3990         unsigned long nr_reclaimed;
3991         unsigned int noreclaim_flag;
3992
3993         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
3994         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3995         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3996
3997         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3998
3999         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4000         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4001         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4002
4003         return nr_reclaimed;
4004 }
4005 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4006
4007 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
4008    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
4009    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
4010    restore their cpu bindings. */
4011 static int kswapd_cpu_online(unsigned int cpu)
4012 {
4013         int nid;
4014
4015         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4016                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4017                 const struct cpumask *mask;
4018
4019                 mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4020
4021                 if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
4022                         /* One of our CPUs online: restore mask */
4023                         set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
4024         }
4025         return 0;
4026 }
4027
4028 /*
4029  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4030  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4031  */
4032 int kswapd_run(int nid)
4033 {
4034         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4035         int ret = 0;
4036
4037         if (pgdat->kswapd)
4038                 return 0;
4039
4040         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4041         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4042                 /* failure at boot is fatal */
4043                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4044                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4045                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4046                 pgdat->kswapd = NULL;
4047         }
4048         return ret;
4049 }
4050
4051 /*
4052  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4053  * hold mem_hotplug_begin/end().
4054  */
4055 void kswapd_stop(int nid)
4056 {
4057         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4058
4059         if (kswapd) {
4060                 kthread_stop(kswapd);
4061                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4062         }
4063 }
4064
4065 static int __init kswapd_init(void)
4066 {
4067         int nid, ret;
4068
4069         swap_setup();
4070         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4071                 kswapd_run(nid);
4072         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_AP_ONLINE_DYN,
4073                                         "mm/vmscan:online", kswapd_cpu_online,
4074                                         NULL);
4075         WARN_ON(ret < 0);
4076         return 0;
4077 }
4078
4079 module_init(kswapd_init)
4080
4081 #ifdef CONFIG_NUMA
4082 /*
4083  * Node reclaim mode
4084  *
4085  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4086  * the watermarks.
4087  */
4088 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4089
4090 #define RECLAIM_OFF 0
4091 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
4092 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
4093 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
4094
4095 /*
4096  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4097  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4098  * a zone.
4099  */
4100 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4101
4102 /*
4103  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4104  * occur.
4105  */
4106 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4107
4108 /*
4109  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4110  * slab reclaim needs to occur.
4111  */
4112 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4113
4114 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4115 {
4116         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4117         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4118                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4119
4120         /*
4121          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4122          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4123          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4124          */
4125         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4126 }
4127
4128 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4129 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4130 {
4131         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4132         unsigned long delta = 0;
4133
4134         /*
4135          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4136          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4137          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4138          * a better estimate
4139          */
4140         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4141                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4142         else
4143                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4144
4145         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4146         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4147                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4148
4149         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4150         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4151                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4152
4153         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4154 }
4155
4156 /*
4157  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4158  */
4159 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4160 {
4161         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4162         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4163         struct task_struct *p = current;
4164         unsigned int noreclaim_flag;
4165         struct scan_control sc = {
4166                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4167                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4168                 .order = order,
4169                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4170                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4171                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4172                 .may_swap = 1,
4173                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4174         };
4175
4176         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4177                                            sc.gfp_mask);
4178
4179         cond_resched();
4180         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4181         /*
4182          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4183          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4184          * and RECLAIM_UNMAP.
4185          */
4186         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4187         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4188         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4189
4190         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4191                 /*
4192                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4193                  * priorities until we have enough memory freed.
4194                  */
4195                 do {
4196                         shrink_node(pgdat, &sc);
4197                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4198         }
4199
4200         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4201         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4202         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4203         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4204
4205         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4206
4207         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4208 }
4209
4210 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4211 {
4212         int ret;
4213
4214         /*
4215          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4216          * slab pages if we are over the defined limits.
4217          *
4218          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4219          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4220          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4221          * if less than a specified percentage of the node is used by
4222          * unmapped file backed pages.
4223          */
4224         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4225             node_page_state(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
4226                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4227
4228         /*
4229          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4230          */
4231         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4232                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4233
4234         /*
4235          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4236          * have associated processors. This will favor the local processor
4237          * over remote processors and spread off node memory allocations
4238          * as wide as possible.
4239          */
4240         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4241                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4242
4243         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4244                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4245
4246         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4247         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4248
4249         if (!ret)
4250                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4251
4252         return ret;
4253 }
4254 #endif
4255
4256 /*
4257  * page_evictable - test whether a page is evictable
4258  * @page: the page to test
4259  *
4260  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
4261  * lists vs unevictable list.
4262  *
4263  * Reasons page might not be evictable:
4264  * (1) page's mapping marked unevictable
4265  * (2) page is part of an mlocked VMA
4266  *
4267  */
4268 int page_evictable(struct page *page)
4269 {
4270         int ret;
4271
4272         /* Prevent address_space of inode and swap cache from being freed */
4273         rcu_read_lock();
4274         ret = !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
4275         rcu_read_unlock();
4276         return ret;
4277 }
4278
4279 /**
4280  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4281  * appropriate zone lru list
4282  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4283  *
4284  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4285  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4286  * should be only used for lru pages.
4287  */
4288 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4289 {
4290         struct lruvec *lruvec;
4291         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4292         int pgscanned = 0;
4293         int pgrescued = 0;
4294         int i;
4295
4296         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4297                 struct page *page = pvec->pages[i];
4298                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4299
4300                 pgscanned++;
4301                 if (pagepgdat != pgdat) {
4302                         if (pgdat)
4303                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4304                         pgdat = pagepgdat;
4305                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4306                 }
4307                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4308
4309                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4310                         continue;
4311
4312                 if (page_evictable(page)) {
4313                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4314
4315                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4316                         ClearPageUnevictable(page);
4317                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4318                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4319                         pgrescued++;
4320                 }
4321         }
4322
4323         if (pgdat) {
4324                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4325                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4326                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4327         }
4328 }
4329 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);