of: base: add of_parse_phandle_with_optional_args()
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for buffer_heads_over_limit */
30 #include <linux/mm_inline.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/rmap.h>
33 #include <linux/topology.h>
34 #include <linux/cpu.h>
35 #include <linux/cpuset.h>
36 #include <linux/compaction.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/rwsem.h>
39 #include <linux/delay.h>
40 #include <linux/kthread.h>
41 #include <linux/freezer.h>
42 #include <linux/memcontrol.h>
43 #include <linux/migrate.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/memory-tiers.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/pagewalk.h>
54 #include <linux/shmem_fs.h>
55 #include <linux/ctype.h>
56 #include <linux/debugfs.h>
57 #include <linux/khugepaged.h>
58
59 #include <asm/tlbflush.h>
60 #include <asm/div64.h>
61
62 #include <linux/swapops.h>
63 #include <linux/balloon_compaction.h>
64 #include <linux/sched/sysctl.h>
65
66 #include "internal.h"
67 #include "swap.h"
68
69 #define CREATE_TRACE_POINTS
70 #include <trace/events/vmscan.h>
71
72 struct scan_control {
73         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
74         unsigned long nr_to_reclaim;
75
76         /*
77          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
78          * are scanned.
79          */
80         nodemask_t      *nodemask;
81
82         /*
83          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
84          * primary target of this reclaim invocation.
85          */
86         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
87
88         /*
89          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
90          */
91         unsigned long   anon_cost;
92         unsigned long   file_cost;
93
94         /* Can active folios be deactivated as part of reclaim? */
95 #define DEACTIVATE_ANON 1
96 #define DEACTIVATE_FILE 2
97         unsigned int may_deactivate:2;
98         unsigned int force_deactivate:1;
99         unsigned int skipped_deactivate:1;
100
101         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
102         unsigned int may_writepage:1;
103
104         /* Can mapped folios be reclaimed? */
105         unsigned int may_unmap:1;
106
107         /* Can folios be swapped as part of reclaim? */
108         unsigned int may_swap:1;
109
110         /* Proactive reclaim invoked by userspace through memory.reclaim */
111         unsigned int proactive:1;
112
113         /*
114          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
115          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
116          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
117          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
118          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
119          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
120          */
121         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
122         unsigned int memcg_low_skipped:1;
123
124         unsigned int hibernation_mode:1;
125
126         /* One of the zones is ready for compaction */
127         unsigned int compaction_ready:1;
128
129         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
130         unsigned int cache_trim_mode:1;
131
132         /* The file folios on the current node are dangerously low */
133         unsigned int file_is_tiny:1;
134
135         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
136         unsigned int no_demotion:1;
137
138 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
139         /* help kswapd make better choices among multiple memcgs */
140         unsigned int memcgs_need_aging:1;
141         unsigned long last_reclaimed;
142 #endif
143
144         /* Allocation order */
145         s8 order;
146
147         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
148         s8 priority;
149
150         /* The highest zone to isolate folios for reclaim from */
151         s8 reclaim_idx;
152
153         /* This context's GFP mask */
154         gfp_t gfp_mask;
155
156         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
157         unsigned long nr_scanned;
158
159         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
160         unsigned long nr_reclaimed;
161
162         struct {
163                 unsigned int dirty;
164                 unsigned int unqueued_dirty;
165                 unsigned int congested;
166                 unsigned int writeback;
167                 unsigned int immediate;
168                 unsigned int file_taken;
169                 unsigned int taken;
170         } nr;
171
172         /* for recording the reclaimed slab by now */
173         struct reclaim_state reclaim_state;
174 };
175
176 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
177 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field)                 \
178         do {                                                            \
179                 if ((_folio)->lru.prev != _base) {                      \
180                         struct folio *prev;                             \
181                                                                         \
182                         prev = lru_to_folio(&(_folio->lru));            \
183                         prefetchw(&prev->_field);                       \
184                 }                                                       \
185         } while (0)
186 #else
187 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field) do { } while (0)
188 #endif
189
190 /*
191  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
192  */
193 int vm_swappiness = 60;
194
195 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
196                                    struct reclaim_state *rs)
197 {
198         /* Check for an overwrite */
199         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
200
201         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
202         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
203
204         task->reclaim_state = rs;
205 }
206
207 LIST_HEAD(shrinker_list);
208 DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
209
210 #ifdef CONFIG_MEMCG
211 static int shrinker_nr_max;
212
213 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
214 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
215 {
216         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
217 }
218
219 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
220 {
221         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
222 }
223
224 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
225                                                      int nid)
226 {
227         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
228                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
229 }
230
231 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
232                                     int map_size, int defer_size,
233                                     int old_map_size, int old_defer_size)
234 {
235         struct shrinker_info *new, *old;
236         struct mem_cgroup_per_node *pn;
237         int nid;
238         int size = map_size + defer_size;
239
240         for_each_node(nid) {
241                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
242                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
243                 /* Not yet online memcg */
244                 if (!old)
245                         return 0;
246
247                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
248                 if (!new)
249                         return -ENOMEM;
250
251                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
252                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
253
254                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
255                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
256                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
257                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
258                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
259                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
260                        defer_size - old_defer_size);
261
262                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
263                 kvfree_rcu(old, rcu);
264         }
265
266         return 0;
267 }
268
269 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
270 {
271         struct mem_cgroup_per_node *pn;
272         struct shrinker_info *info;
273         int nid;
274
275         for_each_node(nid) {
276                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
277                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
278                 kvfree(info);
279                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
280         }
281 }
282
283 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
284 {
285         struct shrinker_info *info;
286         int nid, size, ret = 0;
287         int map_size, defer_size = 0;
288
289         down_write(&shrinker_rwsem);
290         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
291         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
292         size = map_size + defer_size;
293         for_each_node(nid) {
294                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
295                 if (!info) {
296                         free_shrinker_info(memcg);
297                         ret = -ENOMEM;
298                         break;
299                 }
300                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
301                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
302                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
303         }
304         up_write(&shrinker_rwsem);
305
306         return ret;
307 }
308
309 static inline bool need_expand(int nr_max)
310 {
311         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
312                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
313 }
314
315 static int expand_shrinker_info(int new_id)
316 {
317         int ret = 0;
318         int new_nr_max = new_id + 1;
319         int map_size, defer_size = 0;
320         int old_map_size, old_defer_size = 0;
321         struct mem_cgroup *memcg;
322
323         if (!need_expand(new_nr_max))
324                 goto out;
325
326         if (!root_mem_cgroup)
327                 goto out;
328
329         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
330
331         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
332         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
333         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
334         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
335
336         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
337         do {
338                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
339                                                old_map_size, old_defer_size);
340                 if (ret) {
341                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
342                         goto out;
343                 }
344         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
345 out:
346         if (!ret)
347                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
348
349         return ret;
350 }
351
352 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
353 {
354         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
355                 struct shrinker_info *info;
356
357                 rcu_read_lock();
358                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
359                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
360                 smp_mb__before_atomic();
361                 set_bit(shrinker_id, info->map);
362                 rcu_read_unlock();
363         }
364 }
365
366 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
367
368 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
369 {
370         int id, ret = -ENOMEM;
371
372         if (mem_cgroup_disabled())
373                 return -ENOSYS;
374
375         down_write(&shrinker_rwsem);
376         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
377         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
378         if (id < 0)
379                 goto unlock;
380
381         if (id >= shrinker_nr_max) {
382                 if (expand_shrinker_info(id)) {
383                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
384                         goto unlock;
385                 }
386         }
387         shrinker->id = id;
388         ret = 0;
389 unlock:
390         up_write(&shrinker_rwsem);
391         return ret;
392 }
393
394 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
395 {
396         int id = shrinker->id;
397
398         BUG_ON(id < 0);
399
400         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
401
402         idr_remove(&shrinker_idr, id);
403 }
404
405 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
406                                    struct mem_cgroup *memcg)
407 {
408         struct shrinker_info *info;
409
410         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
411         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
412 }
413
414 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
415                                   struct mem_cgroup *memcg)
416 {
417         struct shrinker_info *info;
418
419         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
420         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
421 }
422
423 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
424 {
425         int i, nid;
426         long nr;
427         struct mem_cgroup *parent;
428         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
429
430         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
431         if (!parent)
432                 parent = root_mem_cgroup;
433
434         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
435         down_read(&shrinker_rwsem);
436         for_each_node(nid) {
437                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
438                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
439                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
440                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
441                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
442                 }
443         }
444         up_read(&shrinker_rwsem);
445 }
446
447 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
448 {
449         return sc->target_mem_cgroup;
450 }
451
452 /**
453  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
454  * @sc: scan_control in question
455  *
456  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
457  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
458  * shrink_folio_list() is used for throttling instead, which lacks all the
459  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
460  * allocation and configurability.
461  *
462  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
463  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
464  */
465 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
466 {
467         if (!cgroup_reclaim(sc))
468                 return true;
469 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
470         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
471                 return true;
472 #endif
473         return false;
474 }
475 #else
476 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
477 {
478         return -ENOSYS;
479 }
480
481 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
482 {
483 }
484
485 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
486                                    struct mem_cgroup *memcg)
487 {
488         return 0;
489 }
490
491 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
492                                   struct mem_cgroup *memcg)
493 {
494         return 0;
495 }
496
497 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
498 {
499         return false;
500 }
501
502 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
503 {
504         return true;
505 }
506 #endif
507
508 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
509                              struct shrink_control *sc)
510 {
511         int nid = sc->nid;
512
513         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
514                 nid = 0;
515
516         if (sc->memcg &&
517             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
518                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
519                                               sc->memcg);
520
521         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
522 }
523
524
525 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
526                             struct shrink_control *sc)
527 {
528         int nid = sc->nid;
529
530         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
531                 nid = 0;
532
533         if (sc->memcg &&
534             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
535                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
536                                              sc->memcg);
537
538         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
539 }
540
541 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
542 {
543         if (!numa_demotion_enabled)
544                 return false;
545         if (sc && sc->no_demotion)
546                 return false;
547         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
548                 return false;
549
550         return true;
551 }
552
553 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
554                                           int nid,
555                                           struct scan_control *sc)
556 {
557         if (memcg == NULL) {
558                 /*
559                  * For non-memcg reclaim, is there
560                  * space in any swap device?
561                  */
562                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
563                         return true;
564         } else {
565                 /* Is the memcg below its swap limit? */
566                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
567                         return true;
568         }
569
570         /*
571          * The page can not be swapped.
572          *
573          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
574          */
575         return can_demote(nid, sc);
576 }
577
578 /*
579  * This misses isolated folios which are not accounted for to save counters.
580  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
581  * not expected that isolated folios will be a dominating factor.
582  */
583 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
584 {
585         unsigned long nr;
586
587         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
588                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
589         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
590                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
591                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
592
593         return nr;
594 }
595
596 /**
597  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
598  * @lruvec: lru vector
599  * @lru: lru to use
600  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES - 1 for the whole LRU list)
601  */
602 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
603                                      int zone_idx)
604 {
605         unsigned long size = 0;
606         int zid;
607
608         for (zid = 0; zid <= zone_idx; zid++) {
609                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
610
611                 if (!managed_zone(zone))
612                         continue;
613
614                 if (!mem_cgroup_disabled())
615                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
616                 else
617                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
618         }
619         return size;
620 }
621
622 /*
623  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
624  */
625 static int __prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
626 {
627         unsigned int size;
628         int err;
629
630         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
631                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
632                 if (err != -ENOSYS)
633                         return err;
634
635                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
636         }
637
638         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
639         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
640                 size *= nr_node_ids;
641
642         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
643         if (!shrinker->nr_deferred)
644                 return -ENOMEM;
645
646         return 0;
647 }
648
649 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
650 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
651 {
652         va_list ap;
653         int err;
654
655         va_start(ap, fmt);
656         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
657         va_end(ap);
658         if (!shrinker->name)
659                 return -ENOMEM;
660
661         err = __prealloc_shrinker(shrinker);
662         if (err) {
663                 kfree_const(shrinker->name);
664                 shrinker->name = NULL;
665         }
666
667         return err;
668 }
669 #else
670 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
671 {
672         return __prealloc_shrinker(shrinker);
673 }
674 #endif
675
676 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
677 {
678 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
679         kfree_const(shrinker->name);
680         shrinker->name = NULL;
681 #endif
682         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
683                 down_write(&shrinker_rwsem);
684                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
685                 up_write(&shrinker_rwsem);
686                 return;
687         }
688
689         kfree(shrinker->nr_deferred);
690         shrinker->nr_deferred = NULL;
691 }
692
693 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
694 {
695         down_write(&shrinker_rwsem);
696         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
697         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
698         shrinker_debugfs_add(shrinker);
699         up_write(&shrinker_rwsem);
700 }
701
702 static int __register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
703 {
704         int err = __prealloc_shrinker(shrinker);
705
706         if (err)
707                 return err;
708         register_shrinker_prepared(shrinker);
709         return 0;
710 }
711
712 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
713 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
714 {
715         va_list ap;
716         int err;
717
718         va_start(ap, fmt);
719         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
720         va_end(ap);
721         if (!shrinker->name)
722                 return -ENOMEM;
723
724         err = __register_shrinker(shrinker);
725         if (err) {
726                 kfree_const(shrinker->name);
727                 shrinker->name = NULL;
728         }
729         return err;
730 }
731 #else
732 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
733 {
734         return __register_shrinker(shrinker);
735 }
736 #endif
737 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
738
739 /*
740  * Remove one
741  */
742 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
743 {
744         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
745                 return;
746
747         down_write(&shrinker_rwsem);
748         list_del(&shrinker->list);
749         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
750         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
751                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
752         shrinker_debugfs_remove(shrinker);
753         up_write(&shrinker_rwsem);
754
755         kfree(shrinker->nr_deferred);
756         shrinker->nr_deferred = NULL;
757 }
758 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
759
760 /**
761  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
762  *
763  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
764  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
765  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
766  * rcu.
767  */
768 void synchronize_shrinkers(void)
769 {
770         down_write(&shrinker_rwsem);
771         up_write(&shrinker_rwsem);
772 }
773 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
774
775 #define SHRINK_BATCH 128
776
777 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
778                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
779 {
780         unsigned long freed = 0;
781         unsigned long long delta;
782         long total_scan;
783         long freeable;
784         long nr;
785         long new_nr;
786         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
787                                           : SHRINK_BATCH;
788         long scanned = 0, next_deferred;
789
790         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
791         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
792                 return freeable;
793
794         /*
795          * copy the current shrinker scan count into a local variable
796          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
797          * don't also do this scanning work.
798          */
799         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
800
801         if (shrinker->seeks) {
802                 delta = freeable >> priority;
803                 delta *= 4;
804                 do_div(delta, shrinker->seeks);
805         } else {
806                 /*
807                  * These objects don't require any IO to create. Trim
808                  * them aggressively under memory pressure to keep
809                  * them from causing refetches in the IO caches.
810                  */
811                 delta = freeable / 2;
812         }
813
814         total_scan = nr >> priority;
815         total_scan += delta;
816         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
817
818         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
819                                    freeable, delta, total_scan, priority);
820
821         /*
822          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
823          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
824          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
825          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
826          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
827          * objects spread over several slabs with usage less than the
828          * batch_size.
829          *
830          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
831          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
832          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
833          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
834          * possible.
835          */
836         while (total_scan >= batch_size ||
837                total_scan >= freeable) {
838                 unsigned long ret;
839                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
840
841                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
842                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
843                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
844                 if (ret == SHRINK_STOP)
845                         break;
846                 freed += ret;
847
848                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
849                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
850                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
851
852                 cond_resched();
853         }
854
855         /*
856          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
857          * done, decreased by old deferred work that was done now.
858          *
859          * And it is capped to two times of the freeable items.
860          */
861         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
862         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
863
864         /*
865          * move the unused scan count back into the shrinker in a
866          * manner that handles concurrent updates.
867          */
868         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
869
870         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
871         return freed;
872 }
873
874 #ifdef CONFIG_MEMCG
875 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
876                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
877 {
878         struct shrinker_info *info;
879         unsigned long ret, freed = 0;
880         int i;
881
882         if (!mem_cgroup_online(memcg))
883                 return 0;
884
885         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
886                 return 0;
887
888         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
889         if (unlikely(!info))
890                 goto unlock;
891
892         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
893                 struct shrink_control sc = {
894                         .gfp_mask = gfp_mask,
895                         .nid = nid,
896                         .memcg = memcg,
897                 };
898                 struct shrinker *shrinker;
899
900                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
901                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
902                         if (!shrinker)
903                                 clear_bit(i, info->map);
904                         continue;
905                 }
906
907                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
908                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
909                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
910                         continue;
911
912                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
913                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
914                         clear_bit(i, info->map);
915                         /*
916                          * After the shrinker reported that it had no objects to
917                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
918                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
919                          * added. To make sure, we have the bit set in this
920                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
921                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
922                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
923                          * set_shrinker_bit():
924                          *
925                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
926                          *   list_add_tail()    clear_bit()
927                          *   <MB>               <MB>
928                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
929                          */
930                         smp_mb__after_atomic();
931                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
932                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
933                                 ret = 0;
934                         else
935                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
936                 }
937                 freed += ret;
938
939                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
940                         freed = freed ? : 1;
941                         break;
942                 }
943         }
944 unlock:
945         up_read(&shrinker_rwsem);
946         return freed;
947 }
948 #else /* CONFIG_MEMCG */
949 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
950                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
951 {
952         return 0;
953 }
954 #endif /* CONFIG_MEMCG */
955
956 /**
957  * shrink_slab - shrink slab caches
958  * @gfp_mask: allocation context
959  * @nid: node whose slab caches to target
960  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
961  * @priority: the reclaim priority
962  *
963  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
964  *
965  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
966  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
967  *
968  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
969  * are called only if it is the root cgroup.
970  *
971  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
972  * in order to get the scan target.
973  *
974  * Returns the number of reclaimed slab objects.
975  */
976 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
977                                  struct mem_cgroup *memcg,
978                                  int priority)
979 {
980         unsigned long ret, freed = 0;
981         struct shrinker *shrinker;
982
983         /*
984          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
985          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
986          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
987          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
988          * oom.
989          */
990         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
991                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
992
993         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
994                 goto out;
995
996         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
997                 struct shrink_control sc = {
998                         .gfp_mask = gfp_mask,
999                         .nid = nid,
1000                         .memcg = memcg,
1001                 };
1002
1003                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
1004                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
1005                         ret = 0;
1006                 freed += ret;
1007                 /*
1008                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
1009                  * prevent the registration from being stalled for long periods
1010                  * by parallel ongoing shrinking.
1011                  */
1012                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
1013                         freed = freed ? : 1;
1014                         break;
1015                 }
1016         }
1017
1018         up_read(&shrinker_rwsem);
1019 out:
1020         cond_resched();
1021         return freed;
1022 }
1023
1024 static unsigned long drop_slab_node(int nid)
1025 {
1026         unsigned long freed = 0;
1027         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1028
1029         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
1030         do {
1031                 freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
1032         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
1033
1034         return freed;
1035 }
1036
1037 void drop_slab(void)
1038 {
1039         int nid;
1040         int shift = 0;
1041         unsigned long freed;
1042
1043         do {
1044                 freed = 0;
1045                 for_each_online_node(nid) {
1046                         if (fatal_signal_pending(current))
1047                                 return;
1048
1049                         freed += drop_slab_node(nid);
1050                 }
1051         } while ((freed >> shift++) > 1);
1052 }
1053
1054 static int reclaimer_offset(void)
1055 {
1056         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1057                         PGDEMOTE_DIRECT - PGDEMOTE_KSWAPD);
1058         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1059                         PGSCAN_DIRECT - PGSCAN_KSWAPD);
1060         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1061                         PGDEMOTE_KHUGEPAGED - PGDEMOTE_KSWAPD);
1062         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1063                         PGSCAN_KHUGEPAGED - PGSCAN_KSWAPD);
1064
1065         if (current_is_kswapd())
1066                 return 0;
1067         if (current_is_khugepaged())
1068                 return PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD;
1069         return PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD;
1070 }
1071
1072 static inline int is_page_cache_freeable(struct folio *folio)
1073 {
1074         /*
1075          * A freeable page cache folio is referenced only by the caller
1076          * that isolated the folio, the page cache and optional filesystem
1077          * private data at folio->private.
1078          */
1079         return folio_ref_count(folio) - folio_test_private(folio) ==
1080                 1 + folio_nr_pages(folio);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * We detected a synchronous write error writing a folio out.  Probably
1085  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1086  * fsync(), msync() or close().
1087  *
1088  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1089  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the folio and once
1090  * that folio is locked, the mapping is pinned.
1091  *
1092  * We're allowed to run sleeping folio_lock() here because we know the caller has
1093  * __GFP_FS.
1094  */
1095 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1096                                 struct folio *folio, int error)
1097 {
1098         folio_lock(folio);
1099         if (folio_mapping(folio) == mapping)
1100                 mapping_set_error(mapping, error);
1101         folio_unlock(folio);
1102 }
1103
1104 static bool skip_throttle_noprogress(pg_data_t *pgdat)
1105 {
1106         int reclaimable = 0, write_pending = 0;
1107         int i;
1108
1109         /*
1110          * If kswapd is disabled, reschedule if necessary but do not
1111          * throttle as the system is likely near OOM.
1112          */
1113         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
1114                 return true;
1115
1116         /*
1117          * If there are a lot of dirty/writeback folios then do not
1118          * throttle as throttling will occur when the folios cycle
1119          * towards the end of the LRU if still under writeback.
1120          */
1121         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
1122                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
1123
1124                 if (!managed_zone(zone))
1125                         continue;
1126
1127                 reclaimable += zone_reclaimable_pages(zone);
1128                 write_pending += zone_page_state_snapshot(zone,
1129                                                   NR_ZONE_WRITE_PENDING);
1130         }
1131         if (2 * write_pending <= reclaimable)
1132                 return true;
1133
1134         return false;
1135 }
1136
1137 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1138 {
1139         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1140         long timeout, ret;
1141         DEFINE_WAIT(wait);
1142
1143         /*
1144          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1145          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1146          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1147          */
1148         if (!current_is_kswapd() &&
1149             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD)) {
1150                 cond_resched();
1151                 return;
1152         }
1153
1154         /*
1155          * These figures are pulled out of thin air.
1156          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1157          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1158          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1159          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1160          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1161          * writeback to a slow device to excessive referenced folios at the tail
1162          * of the inactive LRU.
1163          */
1164         switch(reason) {
1165         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1166                 timeout = HZ/10;
1167
1168                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1169                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1170                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1171                 }
1172
1173                 break;
1174         case VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED:
1175                 fallthrough;
1176         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1177                 if (skip_throttle_noprogress(pgdat)) {
1178                         cond_resched();
1179                         return;
1180                 }
1181
1182                 timeout = 1;
1183
1184                 break;
1185         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1186                 timeout = HZ/50;
1187                 break;
1188         default:
1189                 WARN_ON_ONCE(1);
1190                 timeout = HZ;
1191                 break;
1192         }
1193
1194         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1195         ret = schedule_timeout(timeout);
1196         finish_wait(wqh, &wait);
1197
1198         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1199                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1200
1201         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1202                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1203                                 reason);
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Account for folios written if tasks are throttled waiting on dirty
1208  * folios to clean. If enough folios have been cleaned since throttling
1209  * started then wakeup the throttled tasks.
1210  */
1211 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1212                                                         int nr_throttled)
1213 {
1214         unsigned long nr_written;
1215
1216         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1217
1218         /*
1219          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1220          * be synchronised. However, given that the system is
1221          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1222          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1223          * timeout guarantees forward progress.
1224          */
1225         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1226                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1227
1228         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1229                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1230 }
1231
1232 /* possible outcome of pageout() */
1233 typedef enum {
1234         /* failed to write folio out, folio is locked */
1235         PAGE_KEEP,
1236         /* move folio to the active list, folio is locked */
1237         PAGE_ACTIVATE,
1238         /* folio has been sent to the disk successfully, folio is unlocked */
1239         PAGE_SUCCESS,
1240         /* folio is clean and locked */
1241         PAGE_CLEAN,
1242 } pageout_t;
1243
1244 /*
1245  * pageout is called by shrink_folio_list() for each dirty folio.
1246  * Calls ->writepage().
1247  */
1248 static pageout_t pageout(struct folio *folio, struct address_space *mapping,
1249                          struct swap_iocb **plug)
1250 {
1251         /*
1252          * If the folio is dirty, only perform writeback if that write
1253          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1254          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1255          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1256          * PagePrivate for that.
1257          *
1258          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1259          * this folio's queue, we can perform writeback even if that
1260          * will block.
1261          *
1262          * If the folio is swapcache, write it back even if that would
1263          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1264          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1265          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1266          */
1267         if (!is_page_cache_freeable(folio))
1268                 return PAGE_KEEP;
1269         if (!mapping) {
1270                 /*
1271                  * Some data journaling orphaned folios can have
1272                  * folio->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1273                  */
1274                 if (folio_test_private(folio)) {
1275                         if (try_to_free_buffers(folio)) {
1276                                 folio_clear_dirty(folio);
1277                                 pr_info("%s: orphaned folio\n", __func__);
1278                                 return PAGE_CLEAN;
1279                         }
1280                 }
1281                 return PAGE_KEEP;
1282         }
1283         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1284                 return PAGE_ACTIVATE;
1285
1286         if (folio_clear_dirty_for_io(folio)) {
1287                 int res;
1288                 struct writeback_control wbc = {
1289                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1290                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1291                         .range_start = 0,
1292                         .range_end = LLONG_MAX,
1293                         .for_reclaim = 1,
1294                         .swap_plug = plug,
1295                 };
1296
1297                 folio_set_reclaim(folio);
1298                 res = mapping->a_ops->writepage(&folio->page, &wbc);
1299                 if (res < 0)
1300                         handle_write_error(mapping, folio, res);
1301                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1302                         folio_clear_reclaim(folio);
1303                         return PAGE_ACTIVATE;
1304                 }
1305
1306                 if (!folio_test_writeback(folio)) {
1307                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1308                         folio_clear_reclaim(folio);
1309                 }
1310                 trace_mm_vmscan_write_folio(folio);
1311                 node_stat_add_folio(folio, NR_VMSCAN_WRITE);
1312                 return PAGE_SUCCESS;
1313         }
1314
1315         return PAGE_CLEAN;
1316 }
1317
1318 /*
1319  * Same as remove_mapping, but if the folio is removed from the mapping, it
1320  * gets returned with a refcount of 0.
1321  */
1322 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
1323                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1324 {
1325         int refcount;
1326         void *shadow = NULL;
1327
1328         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1329         BUG_ON(mapping != folio_mapping(folio));
1330
1331         if (!folio_test_swapcache(folio))
1332                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1333         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1334         /*
1335          * The non racy check for a busy folio.
1336          *
1337          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1338          * a ref to the folio, it may be possible that they dirty it then
1339          * drop the reference. So if the dirty flag is tested before the
1340          * refcount here, then the following race may occur:
1341          *
1342          * get_user_pages(&page);
1343          * [user mapping goes away]
1344          * write_to(page);
1345          *                              !folio_test_dirty(folio)    [good]
1346          * folio_set_dirty(folio);
1347          * folio_put(folio);
1348          *                              !refcount(folio)   [good, discard it]
1349          *
1350          * [oops, our write_to data is lost]
1351          *
1352          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1353          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the folio->flags
1354          * load is not satisfied before that of folio->_refcount.
1355          *
1356          * Note that if the dirty flag is always set via folio_mark_dirty,
1357          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1358          */
1359         refcount = 1 + folio_nr_pages(folio);
1360         if (!folio_ref_freeze(folio, refcount))
1361                 goto cannot_free;
1362         /* note: atomic_cmpxchg in folio_ref_freeze provides the smp_rmb */
1363         if (unlikely(folio_test_dirty(folio))) {
1364                 folio_ref_unfreeze(folio, refcount);
1365                 goto cannot_free;
1366         }
1367
1368         if (folio_test_swapcache(folio)) {
1369                 swp_entry_t swap = folio_swap_entry(folio);
1370
1371                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1372                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1373                 __delete_from_swap_cache(folio, swap, shadow);
1374                 mem_cgroup_swapout(folio, swap);
1375                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1376                 put_swap_folio(folio, swap);
1377         } else {
1378                 void (*free_folio)(struct folio *);
1379
1380                 free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
1381                 /*
1382                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1383                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1384                  *
1385                  * But don't store shadows in an address space that is
1386                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1387                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1388                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1389                  * back.
1390                  *
1391                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1392                  * only page cache folios found in these are zero pages
1393                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1394                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1395                  * same address_space.
1396                  */
1397                 if (reclaimed && folio_is_file_lru(folio) &&
1398                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1399                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1400                 __filemap_remove_folio(folio, shadow);
1401                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1402                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1403                         inode_add_lru(mapping->host);
1404                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1405
1406                 if (free_folio)
1407                         free_folio(folio);
1408         }
1409
1410         return 1;
1411
1412 cannot_free:
1413         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1414         if (!folio_test_swapcache(folio))
1415                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1416         return 0;
1417 }
1418
1419 /**
1420  * remove_mapping() - Attempt to remove a folio from its mapping.
1421  * @mapping: The address space.
1422  * @folio: The folio to remove.
1423  *
1424  * If the folio is dirty, under writeback or if someone else has a ref
1425  * on it, removal will fail.
1426  * Return: The number of pages removed from the mapping.  0 if the folio
1427  * could not be removed.
1428  * Context: The caller should have a single refcount on the folio and
1429  * hold its lock.
1430  */
1431 long remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
1432 {
1433         if (__remove_mapping(mapping, folio, false, NULL)) {
1434                 /*
1435                  * Unfreezing the refcount with 1 effectively
1436                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1437                  * atomic operation.
1438                  */
1439                 folio_ref_unfreeze(folio, 1);
1440                 return folio_nr_pages(folio);
1441         }
1442         return 0;
1443 }
1444
1445 /**
1446  * folio_putback_lru - Put previously isolated folio onto appropriate LRU list.
1447  * @folio: Folio to be returned to an LRU list.
1448  *
1449  * Add previously isolated @folio to appropriate LRU list.
1450  * The folio may still be unevictable for other reasons.
1451  *
1452  * Context: lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1453  */
1454 void folio_putback_lru(struct folio *folio)
1455 {
1456         folio_add_lru(folio);
1457         folio_put(folio);               /* drop ref from isolate */
1458 }
1459
1460 enum folio_references {
1461         FOLIOREF_RECLAIM,
1462         FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN,
1463         FOLIOREF_KEEP,
1464         FOLIOREF_ACTIVATE,
1465 };
1466
1467 static enum folio_references folio_check_references(struct folio *folio,
1468                                                   struct scan_control *sc)
1469 {
1470         int referenced_ptes, referenced_folio;
1471         unsigned long vm_flags;
1472
1473         referenced_ptes = folio_referenced(folio, 1, sc->target_mem_cgroup,
1474                                            &vm_flags);
1475         referenced_folio = folio_test_clear_referenced(folio);
1476
1477         /*
1478          * The supposedly reclaimable folio was found to be in a VM_LOCKED vma.
1479          * Let the folio, now marked Mlocked, be moved to the unevictable list.
1480          */
1481         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1482                 return FOLIOREF_ACTIVATE;
1483
1484         /* rmap lock contention: rotate */
1485         if (referenced_ptes == -1)
1486                 return FOLIOREF_KEEP;
1487
1488         if (referenced_ptes) {
1489                 /*
1490                  * All mapped folios start out with page table
1491                  * references from the instantiating fault, so we need
1492                  * to look twice if a mapped file/anon folio is used more
1493                  * than once.
1494                  *
1495                  * Mark it and spare it for another trip around the
1496                  * inactive list.  Another page table reference will
1497                  * lead to its activation.
1498                  *
1499                  * Note: the mark is set for activated folios as well
1500                  * so that recently deactivated but used folios are
1501                  * quickly recovered.
1502                  */
1503                 folio_set_referenced(folio);
1504
1505                 if (referenced_folio || referenced_ptes > 1)
1506                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1507
1508                 /*
1509                  * Activate file-backed executable folios after first usage.
1510                  */
1511                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio))
1512                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1513
1514                 return FOLIOREF_KEEP;
1515         }
1516
1517         /* Reclaim if clean, defer dirty folios to writeback */
1518         if (referenced_folio && folio_is_file_lru(folio))
1519                 return FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN;
1520
1521         return FOLIOREF_RECLAIM;
1522 }
1523
1524 /* Check if a folio is dirty or under writeback */
1525 static void folio_check_dirty_writeback(struct folio *folio,
1526                                        bool *dirty, bool *writeback)
1527 {
1528         struct address_space *mapping;
1529
1530         /*
1531          * Anonymous folios are not handled by flushers and must be written
1532          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them.
1533          * MADV_FREE anonymous folios are put into inactive file list too.
1534          * They could be mistakenly treated as file lru. So further anon
1535          * test is needed.
1536          */
1537         if (!folio_is_file_lru(folio) ||
1538             (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio))) {
1539                 *dirty = false;
1540                 *writeback = false;
1541                 return;
1542         }
1543
1544         /* By default assume that the folio flags are accurate */
1545         *dirty = folio_test_dirty(folio);
1546         *writeback = folio_test_writeback(folio);
1547
1548         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1549         if (!folio_test_private(folio))
1550                 return;
1551
1552         mapping = folio_mapping(folio);
1553         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1554                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(folio, dirty, writeback);
1555 }
1556
1557 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long private)
1558 {
1559         struct page *target_page;
1560         nodemask_t *allowed_mask;
1561         struct migration_target_control *mtc;
1562
1563         mtc = (struct migration_target_control *)private;
1564
1565         allowed_mask = mtc->nmask;
1566         /*
1567          * make sure we allocate from the target node first also trying to
1568          * demote or reclaim pages from the target node via kswapd if we are
1569          * low on free memory on target node. If we don't do this and if
1570          * we have free memory on the slower(lower) memtier, we would start
1571          * allocating pages from slower(lower) memory tiers without even forcing
1572          * a demotion of cold pages from the target memtier. This can result
1573          * in the kernel placing hot pages in slower(lower) memory tiers.
1574          */
1575         mtc->nmask = NULL;
1576         mtc->gfp_mask |= __GFP_THISNODE;
1577         target_page = alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1578         if (target_page)
1579                 return target_page;
1580
1581         mtc->gfp_mask &= ~__GFP_THISNODE;
1582         mtc->nmask = allowed_mask;
1583
1584         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1585 }
1586
1587 /*
1588  * Take folios on @demote_folios and attempt to demote them to another node.
1589  * Folios which are not demoted are left on @demote_folios.
1590  */
1591 static unsigned int demote_folio_list(struct list_head *demote_folios,
1592                                      struct pglist_data *pgdat)
1593 {
1594         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1595         unsigned int nr_succeeded;
1596         nodemask_t allowed_mask;
1597
1598         struct migration_target_control mtc = {
1599                 /*
1600                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1601                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1602                  * instead of migrated.
1603                  */
1604                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) | __GFP_NOWARN |
1605                         __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1606                 .nid = target_nid,
1607                 .nmask = &allowed_mask
1608         };
1609
1610         if (list_empty(demote_folios))
1611                 return 0;
1612
1613         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1614                 return 0;
1615
1616         node_get_allowed_targets(pgdat, &allowed_mask);
1617
1618         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1619         migrate_pages(demote_folios, alloc_demote_page, NULL,
1620                       (unsigned long)&mtc, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1621                       &nr_succeeded);
1622
1623         __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD + reclaimer_offset(), nr_succeeded);
1624
1625         return nr_succeeded;
1626 }
1627
1628 static bool may_enter_fs(struct folio *folio, gfp_t gfp_mask)
1629 {
1630         if (gfp_mask & __GFP_FS)
1631                 return true;
1632         if (!folio_test_swapcache(folio) || !(gfp_mask & __GFP_IO))
1633                 return false;
1634         /*
1635          * We can "enter_fs" for swap-cache with only __GFP_IO
1636          * providing this isn't SWP_FS_OPS.
1637          * ->flags can be updated non-atomicially (scan_swap_map_slots),
1638          * but that will never affect SWP_FS_OPS, so the data_race
1639          * is safe.
1640          */
1641         return !data_race(folio_swap_flags(folio) & SWP_FS_OPS);
1642 }
1643
1644 /*
1645  * shrink_folio_list() returns the number of reclaimed pages
1646  */
1647 static unsigned int shrink_folio_list(struct list_head *folio_list,
1648                 struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc,
1649                 struct reclaim_stat *stat, bool ignore_references)
1650 {
1651         LIST_HEAD(ret_folios);
1652         LIST_HEAD(free_folios);
1653         LIST_HEAD(demote_folios);
1654         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1655         unsigned int pgactivate = 0;
1656         bool do_demote_pass;
1657         struct swap_iocb *plug = NULL;
1658
1659         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1660         cond_resched();
1661         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1662
1663 retry:
1664         while (!list_empty(folio_list)) {
1665                 struct address_space *mapping;
1666                 struct folio *folio;
1667                 enum folio_references references = FOLIOREF_RECLAIM;
1668                 bool dirty, writeback;
1669                 unsigned int nr_pages;
1670
1671                 cond_resched();
1672
1673                 folio = lru_to_folio(folio_list);
1674                 list_del(&folio->lru);
1675
1676                 if (!folio_trylock(folio))
1677                         goto keep;
1678
1679                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
1680
1681                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1682
1683                 /* Account the number of base pages */
1684                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1685
1686                 if (unlikely(!folio_evictable(folio)))
1687                         goto activate_locked;
1688
1689                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
1690                         goto keep_locked;
1691
1692                 /* folio_update_gen() tried to promote this page? */
1693                 if (lru_gen_enabled() && !ignore_references &&
1694                     folio_mapped(folio) && folio_test_referenced(folio))
1695                         goto keep_locked;
1696
1697                 /*
1698                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1699                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1700                  * folios if the tail of the LRU is all dirty unqueued folios.
1701                  */
1702                 folio_check_dirty_writeback(folio, &dirty, &writeback);
1703                 if (dirty || writeback)
1704                         stat->nr_dirty += nr_pages;
1705
1706                 if (dirty && !writeback)
1707                         stat->nr_unqueued_dirty += nr_pages;
1708
1709                 /*
1710                  * Treat this folio as congested if folios are cycling
1711                  * through the LRU so quickly that the folios marked
1712                  * for immediate reclaim are making it to the end of
1713                  * the LRU a second time.
1714                  */
1715                 if (writeback && folio_test_reclaim(folio))
1716                         stat->nr_congested += nr_pages;
1717
1718                 /*
1719                  * If a folio at the tail of the LRU is under writeback, there
1720                  * are three cases to consider.
1721                  *
1722                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number
1723                  *    of folios under writeback and this folio has both
1724                  *    the writeback and reclaim flags set, then it
1725                  *    indicates that folios are being queued for I/O but
1726                  *    are being recycled through the LRU before the I/O
1727                  *    can complete. Waiting on the folio itself risks an
1728                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback
1729                  *    the folio due to I/O error or disconnected storage
1730                  *    so instead note that the LRU is being scanned too
1731                  *    quickly and the caller can stall after the folio
1732                  *    list has been processed.
1733                  *
1734                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a folio that is
1735                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1736                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1737                  *    not to fs). In this case mark the folio for immediate
1738                  *    reclaim and continue scanning.
1739                  *
1740                  *    Require may_enter_fs() because we would wait on fs, which
1741                  *    may not have submitted I/O yet. And the loop driver might
1742                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a folio for
1743                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1744                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1745                  *    would probably show more reasons.
1746                  *
1747                  * 3) Legacy memcg encounters a folio that already has the
1748                  *    reclaim flag set. memcg does not have any dirty folio
1749                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1750                  *    folios are in writeback and there is nothing else to
1751                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1752                  *
1753                  * In cases 1) and 2) we activate the folios to get them out of
1754                  * the way while we continue scanning for clean folios on the
1755                  * inactive list and refilling from the active list. The
1756                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1757                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1758                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1759                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1760                  * takes to write them to disk.
1761                  */
1762                 if (folio_test_writeback(folio)) {
1763                         /* Case 1 above */
1764                         if (current_is_kswapd() &&
1765                             folio_test_reclaim(folio) &&
1766                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1767                                 stat->nr_immediate += nr_pages;
1768                                 goto activate_locked;
1769
1770                         /* Case 2 above */
1771                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1772                             !folio_test_reclaim(folio) ||
1773                             !may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask)) {
1774                                 /*
1775                                  * This is slightly racy -
1776                                  * folio_end_writeback() might have
1777                                  * just cleared the reclaim flag, then
1778                                  * setting the reclaim flag here ends up
1779                                  * interpreted as the readahead flag - but
1780                                  * that does not matter enough to care.
1781                                  * What we do want is for this folio to
1782                                  * have the reclaim flag set next time
1783                                  * memcg reclaim reaches the tests above,
1784                                  * so it will then wait for writeback to
1785                                  * avoid OOM; and it's also appropriate
1786                                  * in global reclaim.
1787                                  */
1788                                 folio_set_reclaim(folio);
1789                                 stat->nr_writeback += nr_pages;
1790                                 goto activate_locked;
1791
1792                         /* Case 3 above */
1793                         } else {
1794                                 folio_unlock(folio);
1795                                 folio_wait_writeback(folio);
1796                                 /* then go back and try same folio again */
1797                                 list_add_tail(&folio->lru, folio_list);
1798                                 continue;
1799                         }
1800                 }
1801
1802                 if (!ignore_references)
1803                         references = folio_check_references(folio, sc);
1804
1805                 switch (references) {
1806                 case FOLIOREF_ACTIVATE:
1807                         goto activate_locked;
1808                 case FOLIOREF_KEEP:
1809                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1810                         goto keep_locked;
1811                 case FOLIOREF_RECLAIM:
1812                 case FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN:
1813                         ; /* try to reclaim the folio below */
1814                 }
1815
1816                 /*
1817                  * Before reclaiming the folio, try to relocate
1818                  * its contents to another node.
1819                  */
1820                 if (do_demote_pass &&
1821                     (thp_migration_supported() || !folio_test_large(folio))) {
1822                         list_add(&folio->lru, &demote_folios);
1823                         folio_unlock(folio);
1824                         continue;
1825                 }
1826
1827                 /*
1828                  * Anonymous process memory has backing store?
1829                  * Try to allocate it some swap space here.
1830                  * Lazyfree folio could be freed directly
1831                  */
1832                 if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio)) {
1833                         if (!folio_test_swapcache(folio)) {
1834                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1835                                         goto keep_locked;
1836                                 if (folio_maybe_dma_pinned(folio))
1837                                         goto keep_locked;
1838                                 if (folio_test_large(folio)) {
1839                                         /* cannot split folio, skip it */
1840                                         if (!can_split_folio(folio, NULL))
1841                                                 goto activate_locked;
1842                                         /*
1843                                          * Split folios without a PMD map right
1844                                          * away. Chances are some or all of the
1845                                          * tail pages can be freed without IO.
1846                                          */
1847                                         if (!folio_entire_mapcount(folio) &&
1848                                             split_folio_to_list(folio,
1849                                                                 folio_list))
1850                                                 goto activate_locked;
1851                                 }
1852                                 if (!add_to_swap(folio)) {
1853                                         if (!folio_test_large(folio))
1854                                                 goto activate_locked_split;
1855                                         /* Fallback to swap normal pages */
1856                                         if (split_folio_to_list(folio,
1857                                                                 folio_list))
1858                                                 goto activate_locked;
1859 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1860                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1861 #endif
1862                                         if (!add_to_swap(folio))
1863                                                 goto activate_locked_split;
1864                                 }
1865                         }
1866                 } else if (folio_test_swapbacked(folio) &&
1867                            folio_test_large(folio)) {
1868                         /* Split shmem folio */
1869                         if (split_folio_to_list(folio, folio_list))
1870                                 goto keep_locked;
1871                 }
1872
1873                 /*
1874                  * If the folio was split above, the tail pages will make
1875                  * their own pass through this function and be accounted
1876                  * then.
1877                  */
1878                 if ((nr_pages > 1) && !folio_test_large(folio)) {
1879                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1880                         nr_pages = 1;
1881                 }
1882
1883                 /*
1884                  * The folio is mapped into the page tables of one or more
1885                  * processes. Try to unmap it here.
1886                  */
1887                 if (folio_mapped(folio)) {
1888                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1889                         bool was_swapbacked = folio_test_swapbacked(folio);
1890
1891                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
1892                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1893
1894                         try_to_unmap(folio, flags);
1895                         if (folio_mapped(folio)) {
1896                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1897                                 if (!was_swapbacked &&
1898                                     folio_test_swapbacked(folio))
1899                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1900                                 goto activate_locked;
1901                         }
1902                 }
1903
1904                 mapping = folio_mapping(folio);
1905                 if (folio_test_dirty(folio)) {
1906                         /*
1907                          * Only kswapd can writeback filesystem folios
1908                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1909                          * injecting inefficient single-folio I/O into
1910                          * flusher writeback as much as possible: only
1911                          * write folios when we've encountered many
1912                          * dirty folios, and when we've already scanned
1913                          * the rest of the LRU for clean folios and see
1914                          * the same dirty folios again (with the reclaim
1915                          * flag set).
1916                          */
1917                         if (folio_is_file_lru(folio) &&
1918                             (!current_is_kswapd() ||
1919                              !folio_test_reclaim(folio) ||
1920                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1921                                 /*
1922                                  * Immediately reclaim when written back.
1923                                  * Similar in principle to deactivate_page()
1924                                  * except we already have the folio isolated
1925                                  * and know it's dirty
1926                                  */
1927                                 node_stat_mod_folio(folio, NR_VMSCAN_IMMEDIATE,
1928                                                 nr_pages);
1929                                 folio_set_reclaim(folio);
1930
1931                                 goto activate_locked;
1932                         }
1933
1934                         if (references == FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN)
1935                                 goto keep_locked;
1936                         if (!may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask))
1937                                 goto keep_locked;
1938                         if (!sc->may_writepage)
1939                                 goto keep_locked;
1940
1941                         /*
1942                          * Folio is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1943                          * potentially exists to avoid CPU writes after I/O
1944                          * starts and then write it out here.
1945                          */
1946                         try_to_unmap_flush_dirty();
1947                         switch (pageout(folio, mapping, &plug)) {
1948                         case PAGE_KEEP:
1949                                 goto keep_locked;
1950                         case PAGE_ACTIVATE:
1951                                 goto activate_locked;
1952                         case PAGE_SUCCESS:
1953                                 stat->nr_pageout += nr_pages;
1954
1955                                 if (folio_test_writeback(folio))
1956                                         goto keep;
1957                                 if (folio_test_dirty(folio))
1958                                         goto keep;
1959
1960                                 /*
1961                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1962                                  * ahead and try to reclaim the folio.
1963                                  */
1964                                 if (!folio_trylock(folio))
1965                                         goto keep;
1966                                 if (folio_test_dirty(folio) ||
1967                                     folio_test_writeback(folio))
1968                                         goto keep_locked;
1969                                 mapping = folio_mapping(folio);
1970                                 fallthrough;
1971                         case PAGE_CLEAN:
1972                                 ; /* try to free the folio below */
1973                         }
1974                 }
1975
1976                 /*
1977                  * If the folio has buffers, try to free the buffer
1978                  * mappings associated with this folio. If we succeed
1979                  * we try to free the folio as well.
1980                  *
1981                  * We do this even if the folio is dirty.
1982                  * filemap_release_folio() does not perform I/O, but it
1983                  * is possible for a folio to have the dirty flag set,
1984                  * but it is actually clean (all its buffers are clean).
1985                  * This happens if the buffers were written out directly,
1986                  * with submit_bh(). ext3 will do this, as well as
1987                  * the blockdev mapping.  filemap_release_folio() will
1988                  * discover that cleanness and will drop the buffers
1989                  * and mark the folio clean - it can be freed.
1990                  *
1991                  * Rarely, folios can have buffers and no ->mapping.
1992                  * These are the folios which were not successfully
1993                  * invalidated in truncate_cleanup_folio().  We try to
1994                  * drop those buffers here and if that worked, and the
1995                  * folio is no longer mapped into process address space
1996                  * (refcount == 1) it can be freed.  Otherwise, leave
1997                  * the folio on the LRU so it is swappable.
1998                  */
1999                 if (folio_has_private(folio)) {
2000                         if (!filemap_release_folio(folio, sc->gfp_mask))
2001                                 goto activate_locked;
2002                         if (!mapping && folio_ref_count(folio) == 1) {
2003                                 folio_unlock(folio);
2004                                 if (folio_put_testzero(folio))
2005                                         goto free_it;
2006                                 else {
2007                                         /*
2008                                          * rare race with speculative reference.
2009                                          * the speculative reference will free
2010                                          * this folio shortly, so we may
2011                                          * increment nr_reclaimed here (and
2012                                          * leave it off the LRU).
2013                                          */
2014                                         nr_reclaimed += nr_pages;
2015                                         continue;
2016                                 }
2017                         }
2018                 }
2019
2020                 if (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio)) {
2021                         /* follow __remove_mapping for reference */
2022                         if (!folio_ref_freeze(folio, 1))
2023                                 goto keep_locked;
2024                         /*
2025                          * The folio has only one reference left, which is
2026                          * from the isolation. After the caller puts the
2027                          * folio back on the lru and drops the reference, the
2028                          * folio will be freed anyway. It doesn't matter
2029                          * which lru it goes on. So we don't bother checking
2030                          * the dirty flag here.
2031                          */
2032                         count_vm_events(PGLAZYFREED, nr_pages);
2033                         count_memcg_folio_events(folio, PGLAZYFREED, nr_pages);
2034                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, folio, true,
2035                                                          sc->target_mem_cgroup))
2036                         goto keep_locked;
2037
2038                 folio_unlock(folio);
2039 free_it:
2040                 /*
2041                  * Folio may get swapped out as a whole, need to account
2042                  * all pages in it.
2043                  */
2044                 nr_reclaimed += nr_pages;
2045
2046                 /*
2047                  * Is there need to periodically free_folio_list? It would
2048                  * appear not as the counts should be low
2049                  */
2050                 if (unlikely(folio_test_large(folio)))
2051                         destroy_large_folio(folio);
2052                 else
2053                         list_add(&folio->lru, &free_folios);
2054                 continue;
2055
2056 activate_locked_split:
2057                 /*
2058                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
2059                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
2060                  */
2061                 if (nr_pages > 1) {
2062                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
2063                         nr_pages = 1;
2064                 }
2065 activate_locked:
2066                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
2067                 if (folio_test_swapcache(folio) &&
2068                     (mem_cgroup_swap_full(folio) || folio_test_mlocked(folio)))
2069                         folio_free_swap(folio);
2070                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
2071                 if (!folio_test_mlocked(folio)) {
2072                         int type = folio_is_file_lru(folio);
2073                         folio_set_active(folio);
2074                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
2075                         count_memcg_folio_events(folio, PGACTIVATE, nr_pages);
2076                 }
2077 keep_locked:
2078                 folio_unlock(folio);
2079 keep:
2080                 list_add(&folio->lru, &ret_folios);
2081                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio) ||
2082                                 folio_test_unevictable(folio), folio);
2083         }
2084         /* 'folio_list' is always empty here */
2085
2086         /* Migrate folios selected for demotion */
2087         nr_reclaimed += demote_folio_list(&demote_folios, pgdat);
2088         /* Folios that could not be demoted are still in @demote_folios */
2089         if (!list_empty(&demote_folios)) {
2090                 /* Folios which weren't demoted go back on @folio_list */
2091                 list_splice_init(&demote_folios, folio_list);
2092
2093                 /*
2094                  * goto retry to reclaim the undemoted folios in folio_list if
2095                  * desired.
2096                  *
2097                  * Reclaiming directly from top tier nodes is not often desired
2098                  * due to it breaking the LRU ordering: in general memory
2099                  * should be reclaimed from lower tier nodes and demoted from
2100                  * top tier nodes.
2101                  *
2102                  * However, disabling reclaim from top tier nodes entirely
2103                  * would cause ooms in edge scenarios where lower tier memory
2104                  * is unreclaimable for whatever reason, eg memory being
2105                  * mlocked or too hot to reclaim. We can disable reclaim
2106                  * from top tier nodes in proactive reclaim though as that is
2107                  * not real memory pressure.
2108                  */
2109                 if (!sc->proactive) {
2110                         do_demote_pass = false;
2111                         goto retry;
2112                 }
2113         }
2114
2115         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
2116
2117         mem_cgroup_uncharge_list(&free_folios);
2118         try_to_unmap_flush();
2119         free_unref_page_list(&free_folios);
2120
2121         list_splice(&ret_folios, folio_list);
2122         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
2123
2124         if (plug)
2125                 swap_write_unplug(plug);
2126         return nr_reclaimed;
2127 }
2128
2129 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
2130                                            struct list_head *folio_list)
2131 {
2132         struct scan_control sc = {
2133                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2134                 .may_unmap = 1,
2135         };
2136         struct reclaim_stat stat;
2137         unsigned int nr_reclaimed;
2138         struct folio *folio, *next;
2139         LIST_HEAD(clean_folios);
2140         unsigned int noreclaim_flag;
2141
2142         list_for_each_entry_safe(folio, next, folio_list, lru) {
2143                 if (!folio_test_hugetlb(folio) && folio_is_file_lru(folio) &&
2144                     !folio_test_dirty(folio) && !__folio_test_movable(folio) &&
2145                     !folio_test_unevictable(folio)) {
2146                         folio_clear_active(folio);
2147                         list_move(&folio->lru, &clean_folios);
2148                 }
2149         }
2150
2151         /*
2152          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
2153          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
2154          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
2155          * change in the future.
2156          */
2157         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2158         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&clean_folios, zone->zone_pgdat, &sc,
2159                                         &stat, true);
2160         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2161
2162         list_splice(&clean_folios, folio_list);
2163         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2164                             -(long)nr_reclaimed);
2165         /*
2166          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
2167          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
2168          * discard so isolated count will be mismatched.
2169          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
2170          */
2171         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
2172                             stat.nr_lazyfree_fail);
2173         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2174                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
2175         return nr_reclaimed;
2176 }
2177
2178 /*
2179  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2180  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2181  */
2182 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2183                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2184 {
2185         int zid;
2186
2187         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2188                 if (!nr_zone_taken[zid])
2189                         continue;
2190
2191                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2192         }
2193
2194 }
2195
2196 /*
2197  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2198  *
2199  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2200  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2201  * and working on them outside the LRU lock.
2202  *
2203  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2204  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2205  *
2206  * Lru_lock must be held before calling this function.
2207  *
2208  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2209  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2210  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2211  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2212  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2213  * @lru:        LRU list id for isolating
2214  *
2215  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2216  */
2217 static unsigned long isolate_lru_folios(unsigned long nr_to_scan,
2218                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2219                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2220                 enum lru_list lru)
2221 {
2222         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2223         unsigned long nr_taken = 0;
2224         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2225         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2226         unsigned long skipped = 0;
2227         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2228         LIST_HEAD(folios_skipped);
2229
2230         total_scan = 0;
2231         scan = 0;
2232         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2233                 struct list_head *move_to = src;
2234                 struct folio *folio;
2235
2236                 folio = lru_to_folio(src);
2237                 prefetchw_prev_lru_folio(folio, src, flags);
2238
2239                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2240                 total_scan += nr_pages;
2241
2242                 if (folio_zonenum(folio) > sc->reclaim_idx) {
2243                         nr_skipped[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2244                         move_to = &folios_skipped;
2245                         goto move;
2246                 }
2247
2248                 /*
2249                  * Do not count skipped folios because that makes the function
2250                  * return with no isolated folios if the LRU mostly contains
2251                  * ineligible folios.  This causes the VM to not reclaim any
2252                  * folios, triggering a premature OOM.
2253                  * Account all pages in a folio.
2254                  */
2255                 scan += nr_pages;
2256
2257                 if (!folio_test_lru(folio))
2258                         goto move;
2259                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
2260                         goto move;
2261
2262                 /*
2263                  * Be careful not to clear the lru flag until after we're
2264                  * sure the folio is not being freed elsewhere -- the
2265                  * folio release code relies on it.
2266                  */
2267                 if (unlikely(!folio_try_get(folio)))
2268                         goto move;
2269
2270                 if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
2271                         /* Another thread is already isolating this folio */
2272                         folio_put(folio);
2273                         goto move;
2274                 }
2275
2276                 nr_taken += nr_pages;
2277                 nr_zone_taken[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2278                 move_to = dst;
2279 move:
2280                 list_move(&folio->lru, move_to);
2281         }
2282
2283         /*
2284          * Splice any skipped folios to the start of the LRU list. Note that
2285          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2286          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2287          * scanning would soon rescan the same folios to skip and waste lots
2288          * of cpu cycles.
2289          */
2290         if (!list_empty(&folios_skipped)) {
2291                 int zid;
2292
2293                 list_splice(&folios_skipped, src);
2294                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2295                         if (!nr_skipped[zid])
2296                                 continue;
2297
2298                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2299                         skipped += nr_skipped[zid];
2300                 }
2301         }
2302         *nr_scanned = total_scan;
2303         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2304                                     total_scan, skipped, nr_taken,
2305                                     sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED, lru);
2306         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2307         return nr_taken;
2308 }
2309
2310 /**
2311  * folio_isolate_lru() - Try to isolate a folio from its LRU list.
2312  * @folio: Folio to isolate from its LRU list.
2313  *
2314  * Isolate a @folio from an LRU list and adjust the vmstat statistic
2315  * corresponding to whatever LRU list the folio was on.
2316  *
2317  * The folio will have its LRU flag cleared.  If it was found on the
2318  * active list, it will have the Active flag set.  If it was found on the
2319  * unevictable list, it will have the Unevictable flag set.  These flags
2320  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2321  *
2322  * Context:
2323  *
2324  * (1) Must be called with an elevated refcount on the folio. This is a
2325  *     fundamental difference from isolate_lru_folios() (which is called
2326  *     without a stable reference).
2327  * (2) The lru_lock must not be held.
2328  * (3) Interrupts must be enabled.
2329  *
2330  * Return: 0 if the folio was removed from an LRU list.
2331  * -EBUSY if the folio was not on an LRU list.
2332  */
2333 int folio_isolate_lru(struct folio *folio)
2334 {
2335         int ret = -EBUSY;
2336
2337         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_ref_count(folio), folio);
2338
2339         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
2340                 struct lruvec *lruvec;
2341
2342                 folio_get(folio);
2343                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2344                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
2345                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2346                 ret = 0;
2347         }
2348
2349         return ret;
2350 }
2351
2352 /*
2353  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2354  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2355  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2356  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2357  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2358  */
2359 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2360                 struct scan_control *sc)
2361 {
2362         unsigned long inactive, isolated;
2363         bool too_many;
2364
2365         if (current_is_kswapd())
2366                 return 0;
2367
2368         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2369                 return 0;
2370
2371         if (file) {
2372                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2373                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2374         } else {
2375                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2376                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2377         }
2378
2379         /*
2380          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2381          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2382          * deadlock.
2383          */
2384         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2385                 inactive >>= 3;
2386
2387         too_many = isolated > inactive;
2388
2389         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2390         if (!too_many)
2391                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2392
2393         return too_many;
2394 }
2395
2396 /*
2397  * move_folios_to_lru() moves folios from private @list to appropriate LRU list.
2398  * On return, @list is reused as a list of folios to be freed by the caller.
2399  *
2400  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2401  */
2402 static unsigned int move_folios_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2403                 struct list_head *list)
2404 {
2405         int nr_pages, nr_moved = 0;
2406         LIST_HEAD(folios_to_free);
2407
2408         while (!list_empty(list)) {
2409                 struct folio *folio = lru_to_folio(list);
2410
2411                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
2412                 list_del(&folio->lru);
2413                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2414                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2415                         folio_putback_lru(folio);
2416                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2417                         continue;
2418                 }
2419
2420                 /*
2421                  * The folio_set_lru needs to be kept here for list integrity.
2422                  * Otherwise:
2423                  *   #0 move_folios_to_lru             #1 release_pages
2424                  *   if (!folio_put_testzero())
2425                  *                                    if (folio_put_testzero())
2426                  *                                      !lru //skip lru_lock
2427                  *     folio_set_lru()
2428                  *     list_add(&folio->lru,)
2429                  *                                        list_add(&folio->lru,)
2430                  */
2431                 folio_set_lru(folio);
2432
2433                 if (unlikely(folio_put_testzero(folio))) {
2434                         __folio_clear_lru_flags(folio);
2435
2436                         if (unlikely(folio_test_large(folio))) {
2437                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2438                                 destroy_large_folio(folio);
2439                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2440                         } else
2441                                 list_add(&folio->lru, &folios_to_free);
2442
2443                         continue;
2444                 }
2445
2446                 /*
2447                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2448                  * inhibits memcg migration).
2449                  */
2450                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_matches_lruvec(folio, lruvec), folio);
2451                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
2452                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2453                 nr_moved += nr_pages;
2454                 if (folio_test_active(folio))
2455                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2456         }
2457
2458         /*
2459          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2460          */
2461         list_splice(&folios_to_free, list);
2462
2463         return nr_moved;
2464 }
2465
2466 /*
2467  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services a backing
2468  * device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE. In this case
2469  * we should not throttle.  Otherwise it is safe to do so.
2470  */
2471 static int current_may_throttle(void)
2472 {
2473         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE);
2474 }
2475
2476 /*
2477  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2478  * of reclaimed pages
2479  */
2480 static unsigned long shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan,
2481                 struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2482                 enum lru_list lru)
2483 {
2484         LIST_HEAD(folio_list);
2485         unsigned long nr_scanned;
2486         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2487         unsigned long nr_taken;
2488         struct reclaim_stat stat;
2489         bool file = is_file_lru(lru);
2490         enum vm_event_item item;
2491         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2492         bool stalled = false;
2493
2494         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2495                 if (stalled)
2496                         return 0;
2497
2498                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2499                 stalled = true;
2500                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2501
2502                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2503                 if (fatal_signal_pending(current))
2504                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2505         }
2506
2507         lru_add_drain();
2508
2509         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2510
2511         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &folio_list,
2512                                      &nr_scanned, sc, lru);
2513
2514         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2515         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
2516         if (!cgroup_reclaim(sc))
2517                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2518         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2519         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2520
2521         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2522
2523         if (nr_taken == 0)
2524                 return 0;
2525
2526         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&folio_list, pgdat, sc, &stat, false);
2527
2528         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2529         move_folios_to_lru(lruvec, &folio_list);
2530
2531         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2532         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
2533         if (!cgroup_reclaim(sc))
2534                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2535         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2536         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2537         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2538
2539         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout, nr_scanned - nr_reclaimed);
2540         mem_cgroup_uncharge_list(&folio_list);
2541         free_unref_page_list(&folio_list);
2542
2543         /*
2544          * If dirty folios are scanned that are not queued for IO, it
2545          * implies that flushers are not doing their job. This can
2546          * happen when memory pressure pushes dirty folios to the end of
2547          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2548          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2549          * dirty folios grows not through writes but through memory
2550          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2551          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2552          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2553          */
2554         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken) {
2555                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2556                 /*
2557                  * For cgroupv1 dirty throttling is achieved by waking up
2558                  * the kernel flusher here and later waiting on folios
2559                  * which are in writeback to finish (see shrink_folio_list()).
2560                  *
2561                  * Flusher may not be able to issue writeback quickly
2562                  * enough for cgroupv1 writeback throttling to work
2563                  * on a large system.
2564                  */
2565                 if (!writeback_throttling_sane(sc))
2566                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
2567         }
2568
2569         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2570         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2571         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2572         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2573         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2574         sc->nr.taken += nr_taken;
2575         if (file)
2576                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2577
2578         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2579                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2580         return nr_reclaimed;
2581 }
2582
2583 /*
2584  * shrink_active_list() moves folios from the active LRU to the inactive LRU.
2585  *
2586  * We move them the other way if the folio is referenced by one or more
2587  * processes.
2588  *
2589  * If the folios are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2590  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2591  * the folios are mapped, the processing is slow (folio_referenced()), so
2592  * we should drop lru_lock around each folio.  It's impossible to balance
2593  * this, so instead we remove the folios from the LRU while processing them.
2594  * It is safe to rely on the active flag against the non-LRU folios in here
2595  * because nobody will play with that bit on a non-LRU folio.
2596  *
2597  * The downside is that we have to touch folio->_refcount against each folio.
2598  * But we had to alter folio->flags anyway.
2599  */
2600 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2601                                struct lruvec *lruvec,
2602                                struct scan_control *sc,
2603                                enum lru_list lru)
2604 {
2605         unsigned long nr_taken;
2606         unsigned long nr_scanned;
2607         unsigned long vm_flags;
2608         LIST_HEAD(l_hold);      /* The folios which were snipped off */
2609         LIST_HEAD(l_active);
2610         LIST_HEAD(l_inactive);
2611         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2612         unsigned nr_rotated = 0;
2613         int file = is_file_lru(lru);
2614         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2615
2616         lru_add_drain();
2617
2618         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2619
2620         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2621                                      &nr_scanned, sc, lru);
2622
2623         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2624
2625         if (!cgroup_reclaim(sc))
2626                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2627         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2628
2629         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2630
2631         while (!list_empty(&l_hold)) {
2632                 struct folio *folio;
2633
2634                 cond_resched();
2635                 folio = lru_to_folio(&l_hold);
2636                 list_del(&folio->lru);
2637
2638                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2639                         folio_putback_lru(folio);
2640                         continue;
2641                 }
2642
2643                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2644                         if (folio_test_private(folio) && folio_trylock(folio)) {
2645                                 if (folio_test_private(folio))
2646                                         filemap_release_folio(folio, 0);
2647                                 folio_unlock(folio);
2648                         }
2649                 }
2650
2651                 /* Referenced or rmap lock contention: rotate */
2652                 if (folio_referenced(folio, 0, sc->target_mem_cgroup,
2653                                      &vm_flags) != 0) {
2654                         /*
2655                          * Identify referenced, file-backed active folios and
2656                          * give them one more trip around the active list. So
2657                          * that executable code get better chances to stay in
2658                          * memory under moderate memory pressure.  Anon folios
2659                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2660                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC folios,
2661                          * so we ignore them here.
2662                          */
2663                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio)) {
2664                                 nr_rotated += folio_nr_pages(folio);
2665                                 list_add(&folio->lru, &l_active);
2666                                 continue;
2667                         }
2668                 }
2669
2670                 folio_clear_active(folio);      /* we are de-activating */
2671                 folio_set_workingset(folio);
2672                 list_add(&folio->lru, &l_inactive);
2673         }
2674
2675         /*
2676          * Move folios back to the lru list.
2677          */
2678         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2679
2680         nr_activate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_active);
2681         nr_deactivate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2682         /* Keep all free folios in l_active list */
2683         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2684
2685         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2686         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2687
2688         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2689         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2690
2691         if (nr_rotated)
2692                 lru_note_cost(lruvec, file, 0, nr_rotated);
2693         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2694         free_unref_page_list(&l_active);
2695         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2696                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2697 }
2698
2699 static unsigned int reclaim_folio_list(struct list_head *folio_list,
2700                                       struct pglist_data *pgdat)
2701 {
2702         struct reclaim_stat dummy_stat;
2703         unsigned int nr_reclaimed;
2704         struct folio *folio;
2705         struct scan_control sc = {
2706                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2707                 .may_writepage = 1,
2708                 .may_unmap = 1,
2709                 .may_swap = 1,
2710                 .no_demotion = 1,
2711         };
2712
2713         nr_reclaimed = shrink_folio_list(folio_list, pgdat, &sc, &dummy_stat, false);
2714         while (!list_empty(folio_list)) {
2715                 folio = lru_to_folio(folio_list);
2716                 list_del(&folio->lru);
2717                 folio_putback_lru(folio);
2718         }
2719
2720         return nr_reclaimed;
2721 }
2722
2723 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *folio_list)
2724 {
2725         int nid;
2726         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2727         LIST_HEAD(node_folio_list);
2728         unsigned int noreclaim_flag;
2729
2730         if (list_empty(folio_list))
2731                 return nr_reclaimed;
2732
2733         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2734
2735         nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2736         do {
2737                 struct folio *folio = lru_to_folio(folio_list);
2738
2739                 if (nid == folio_nid(folio)) {
2740                         folio_clear_active(folio);
2741                         list_move(&folio->lru, &node_folio_list);
2742                         continue;
2743                 }
2744
2745                 nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2746                 nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2747         } while (!list_empty(folio_list));
2748
2749         nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2750
2751         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2752
2753         return nr_reclaimed;
2754 }
2755
2756 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2757                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2758 {
2759         if (is_active_lru(lru)) {
2760                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2761                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2762                 else
2763                         sc->skipped_deactivate = 1;
2764                 return 0;
2765         }
2766
2767         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2768 }
2769
2770 /*
2771  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2772  * to do too much work.
2773  *
2774  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2775  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2776  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2777  *
2778  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2779  * folio has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2780  *
2781  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2782  *
2783  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE folios
2784  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2785  * of 3 means 3:1 or 25% of the folios are kept on the inactive list.
2786  *
2787  * total     target    max
2788  * memory    ratio     inactive
2789  * -------------------------------------
2790  *   10MB       1         5MB
2791  *  100MB       1        50MB
2792  *    1GB       3       250MB
2793  *   10GB      10       0.9GB
2794  *  100GB      31         3GB
2795  *    1TB     101        10GB
2796  *   10TB     320        32GB
2797  */
2798 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2799 {
2800         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2801         unsigned long inactive, active;
2802         unsigned long inactive_ratio;
2803         unsigned long gb;
2804
2805         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2806         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2807
2808         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2809         if (gb)
2810                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2811         else
2812                 inactive_ratio = 1;
2813
2814         return inactive * inactive_ratio < active;
2815 }
2816
2817 enum scan_balance {
2818         SCAN_EQUAL,
2819         SCAN_FRACT,
2820         SCAN_ANON,
2821         SCAN_FILE,
2822 };
2823
2824 static void prepare_scan_count(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2825 {
2826         unsigned long file;
2827         struct lruvec *target_lruvec;
2828
2829         if (lru_gen_enabled())
2830                 return;
2831
2832         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2833
2834         /*
2835          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
2836          * lruvec stats for heuristics.
2837          */
2838         mem_cgroup_flush_stats();
2839
2840         /*
2841          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2842          */
2843         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2844         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2845         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2846         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2847
2848         /*
2849          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2850          * and file LRU lists.
2851          */
2852         if (!sc->force_deactivate) {
2853                 unsigned long refaults;
2854
2855                 /*
2856                  * When refaults are being observed, it means a new
2857                  * workingset is being established. Deactivate to get
2858                  * rid of any stale active pages quickly.
2859                  */
2860                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2861                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2862                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] ||
2863                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2864                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2865                 else
2866                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2867
2868                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2869                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2870                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] ||
2871                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2872                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2873                 else
2874                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2875         } else
2876                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2877
2878         /*
2879          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2880          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2881          * anonymous pages.
2882          */
2883         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2884         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2885                 sc->cache_trim_mode = 1;
2886         else
2887                 sc->cache_trim_mode = 0;
2888
2889         /*
2890          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2891          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2892          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2893          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2894          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2895          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2896          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2897          */
2898         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2899                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2900                 unsigned long free, anon;
2901                 int z;
2902
2903                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2904                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2905                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2906
2907                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2908                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2909
2910                         if (!managed_zone(zone))
2911                                 continue;
2912
2913                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2914                 }
2915
2916                 /*
2917                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2918                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2919                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2920                  */
2921                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2922
2923                 sc->file_is_tiny =
2924                         file + free <= total_high_wmark &&
2925                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2926                         anon >> sc->priority;
2927         }
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2932  * scanned.
2933  *
2934  * nr[0] = anon inactive folios to scan; nr[1] = anon active folios to scan
2935  * nr[2] = file inactive folios to scan; nr[3] = file active folios to scan
2936  */
2937 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2938                            unsigned long *nr)
2939 {
2940         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2941         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2942         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2943         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2944         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2945         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2946         enum scan_balance scan_balance;
2947         unsigned long ap, fp;
2948         enum lru_list lru;
2949
2950         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon folios. */
2951         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2952                 scan_balance = SCAN_FILE;
2953                 goto out;
2954         }
2955
2956         /*
2957          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2958          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2959          * disable swapping for individual groups completely when
2960          * using the memory controller's swap limit feature would be
2961          * too expensive.
2962          */
2963         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2964                 scan_balance = SCAN_FILE;
2965                 goto out;
2966         }
2967
2968         /*
2969          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2970          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2971          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2972          */
2973         if (!sc->priority && swappiness) {
2974                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2975                 goto out;
2976         }
2977
2978         /*
2979          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2980          */
2981         if (sc->file_is_tiny) {
2982                 scan_balance = SCAN_ANON;
2983                 goto out;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2988          * anything from the anonymous working right now.
2989          */
2990         if (sc->cache_trim_mode) {
2991                 scan_balance = SCAN_FILE;
2992                 goto out;
2993         }
2994
2995         scan_balance = SCAN_FRACT;
2996         /*
2997          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2998          *
2999          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
3000          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
3001          * determined by the share of pages that are refaulting, times
3002          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
3003          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
3004          *
3005          * Although we limit that influence to ensure no list gets
3006          * left behind completely: at least a third of the pressure is
3007          * applied, before swappiness.
3008          *
3009          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
3010          */
3011         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
3012         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
3013         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
3014         total_cost = anon_cost + file_cost;
3015
3016         ap = swappiness * (total_cost + 1);
3017         ap /= anon_cost + 1;
3018
3019         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
3020         fp /= file_cost + 1;
3021
3022         fraction[0] = ap;
3023         fraction[1] = fp;
3024         denominator = ap + fp;
3025 out:
3026         for_each_evictable_lru(lru) {
3027                 int file = is_file_lru(lru);
3028                 unsigned long lruvec_size;
3029                 unsigned long low, min;
3030                 unsigned long scan;
3031
3032                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
3033                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
3034                                       &min, &low);
3035
3036                 if (min || low) {
3037                         /*
3038                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
3039                          * its current usage to its memory.low or memory.min
3040                          * setting.
3041                          *
3042                          * This is important, as otherwise scanning aggression
3043                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
3044                          * approach the memory protection threshold, to totally
3045                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
3046                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
3047                          * also means we simply get no protection at all if we
3048                          * set it too low, which is not ideal.
3049                          *
3050                          * If there is any protection in place, we reduce scan
3051                          * pressure by how much of the total memory used is
3052                          * within protection thresholds.
3053                          *
3054                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
3055                          * we skip over all groups that are within their low
3056                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
3057                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
3058                          * the best-effort low protection. However, we still
3059                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
3060                          * that case instead of simply punishing them all
3061                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
3062                          * memory they are using, reducing the scan pressure
3063                          * again by how much of the total memory used is under
3064                          * hard protection.
3065                          */
3066                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
3067                         unsigned long protection;
3068
3069                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
3070                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
3071                                 protection = low;
3072                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3073                         } else {
3074                                 protection = min;
3075                         }
3076
3077                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
3078                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
3079
3080                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
3081                                 (cgroup_size + 1);
3082
3083                         /*
3084                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
3085                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
3086                          * sc->priority further than desirable.
3087                          */
3088                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
3089                 } else {
3090                         scan = lruvec_size;
3091                 }
3092
3093                 scan >>= sc->priority;
3094
3095                 /*
3096                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
3097                  * scrape out the remaining cache.
3098                  */
3099                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
3100                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
3101
3102                 switch (scan_balance) {
3103                 case SCAN_EQUAL:
3104                         /* Scan lists relative to size */
3105                         break;
3106                 case SCAN_FRACT:
3107                         /*
3108                          * Scan types proportional to swappiness and
3109                          * their relative recent reclaim efficiency.
3110                          * Make sure we don't miss the last page on
3111                          * the offlined memory cgroups because of a
3112                          * round-off error.
3113                          */
3114                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
3115                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
3116                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
3117                                                   denominator);
3118                         break;
3119                 case SCAN_FILE:
3120                 case SCAN_ANON:
3121                         /* Scan one type exclusively */
3122                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
3123                                 scan = 0;
3124                         break;
3125                 default:
3126                         /* Look ma, no brain */
3127                         BUG();
3128                 }
3129
3130                 nr[lru] = scan;
3131         }
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Anonymous LRU management is a waste if there is
3136  * ultimately no way to reclaim the memory.
3137  */
3138 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
3139                                struct scan_control *sc)
3140 {
3141         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
3142         if (total_swap_pages > 0)
3143                 return true;
3144
3145         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
3146         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
3147 }
3148
3149 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
3150
3151 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_ENABLED
3152 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_TRUE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3153 #define get_cap(cap)    static_branch_likely(&lru_gen_caps[cap])
3154 #else
3155 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_FALSE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3156 #define get_cap(cap)    static_branch_unlikely(&lru_gen_caps[cap])
3157 #endif
3158
3159 /******************************************************************************
3160  *                          shorthand helpers
3161  ******************************************************************************/
3162
3163 #define LRU_REFS_FLAGS  (BIT(PG_referenced) | BIT(PG_workingset))
3164
3165 #define DEFINE_MAX_SEQ(lruvec)                                          \
3166         unsigned long max_seq = READ_ONCE((lruvec)->lrugen.max_seq)
3167
3168 #define DEFINE_MIN_SEQ(lruvec)                                          \
3169         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE] = {                        \
3170                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_ANON]),      \
3171                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_FILE]),      \
3172         }
3173
3174 #define for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)                         \
3175         for ((gen) = 0; (gen) < MAX_NR_GENS; (gen)++)                   \
3176                 for ((type) = 0; (type) < ANON_AND_FILE; (type)++)      \
3177                         for ((zone) = 0; (zone) < MAX_NR_ZONES; (zone)++)
3178
3179 static struct lruvec *get_lruvec(struct mem_cgroup *memcg, int nid)
3180 {
3181         struct pglist_data *pgdat = NODE_DATA(nid);
3182
3183 #ifdef CONFIG_MEMCG
3184         if (memcg) {
3185                 struct lruvec *lruvec = &memcg->nodeinfo[nid]->lruvec;
3186
3187                 /* see the comment in mem_cgroup_lruvec() */
3188                 if (!lruvec->pgdat)
3189                         lruvec->pgdat = pgdat;
3190
3191                 return lruvec;
3192         }
3193 #endif
3194         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3195
3196         return &pgdat->__lruvec;
3197 }
3198
3199 static int get_swappiness(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
3200 {
3201         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3202         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
3203
3204         if (!can_demote(pgdat->node_id, sc) &&
3205             mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) < MIN_LRU_BATCH)
3206                 return 0;
3207
3208         return mem_cgroup_swappiness(memcg);
3209 }
3210
3211 static int get_nr_gens(struct lruvec *lruvec, int type)
3212 {
3213         return lruvec->lrugen.max_seq - lruvec->lrugen.min_seq[type] + 1;
3214 }
3215
3216 static bool __maybe_unused seq_is_valid(struct lruvec *lruvec)
3217 {
3218         /* see the comment on lru_gen_struct */
3219         return get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) >= MIN_NR_GENS &&
3220                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) <= get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) &&
3221                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) <= MAX_NR_GENS;
3222 }
3223
3224 /******************************************************************************
3225  *                          mm_struct list
3226  ******************************************************************************/
3227
3228 static struct lru_gen_mm_list *get_mm_list(struct mem_cgroup *memcg)
3229 {
3230         static struct lru_gen_mm_list mm_list = {
3231                 .fifo = LIST_HEAD_INIT(mm_list.fifo),
3232                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(mm_list.lock),
3233         };
3234
3235 #ifdef CONFIG_MEMCG
3236         if (memcg)
3237                 return &memcg->mm_list;
3238 #endif
3239         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3240
3241         return &mm_list;
3242 }
3243
3244 void lru_gen_add_mm(struct mm_struct *mm)
3245 {
3246         int nid;
3247         struct mem_cgroup *memcg = get_mem_cgroup_from_mm(mm);
3248         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3249
3250         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(&mm->lru_gen.list));
3251 #ifdef CONFIG_MEMCG
3252         VM_WARN_ON_ONCE(mm->lru_gen.memcg);
3253         mm->lru_gen.memcg = memcg;
3254 #endif
3255         spin_lock(&mm_list->lock);
3256
3257         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3258                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3259
3260                 /* the first addition since the last iteration */
3261                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm_list->fifo)
3262                         lruvec->mm_state.tail = &mm->lru_gen.list;
3263         }
3264
3265         list_add_tail(&mm->lru_gen.list, &mm_list->fifo);
3266
3267         spin_unlock(&mm_list->lock);
3268 }
3269
3270 void lru_gen_del_mm(struct mm_struct *mm)
3271 {
3272         int nid;
3273         struct lru_gen_mm_list *mm_list;
3274         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3275
3276         if (list_empty(&mm->lru_gen.list))
3277                 return;
3278
3279 #ifdef CONFIG_MEMCG
3280         memcg = mm->lru_gen.memcg;
3281 #endif
3282         mm_list = get_mm_list(memcg);
3283
3284         spin_lock(&mm_list->lock);
3285
3286         for_each_node(nid) {
3287                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3288
3289                 /* where the last iteration ended (exclusive) */
3290                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm->lru_gen.list)
3291                         lruvec->mm_state.tail = lruvec->mm_state.tail->next;
3292
3293                 /* where the current iteration continues (inclusive) */
3294                 if (lruvec->mm_state.head != &mm->lru_gen.list)
3295                         continue;
3296
3297                 lruvec->mm_state.head = lruvec->mm_state.head->next;
3298                 /* the deletion ends the current iteration */
3299                 if (lruvec->mm_state.head == &mm_list->fifo)
3300                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.seq, lruvec->mm_state.seq + 1);
3301         }
3302
3303         list_del_init(&mm->lru_gen.list);
3304
3305         spin_unlock(&mm_list->lock);
3306
3307 #ifdef CONFIG_MEMCG
3308         mem_cgroup_put(mm->lru_gen.memcg);
3309         mm->lru_gen.memcg = NULL;
3310 #endif
3311 }
3312
3313 #ifdef CONFIG_MEMCG
3314 void lru_gen_migrate_mm(struct mm_struct *mm)
3315 {
3316         struct mem_cgroup *memcg;
3317         struct task_struct *task = rcu_dereference_protected(mm->owner, true);
3318
3319         VM_WARN_ON_ONCE(task->mm != mm);
3320         lockdep_assert_held(&task->alloc_lock);
3321
3322         /* for mm_update_next_owner() */
3323         if (mem_cgroup_disabled())
3324                 return;
3325
3326         /* migration can happen before addition */
3327         if (!mm->lru_gen.memcg)
3328                 return;
3329
3330         rcu_read_lock();
3331         memcg = mem_cgroup_from_task(task);
3332         rcu_read_unlock();
3333         if (memcg == mm->lru_gen.memcg)
3334                 return;
3335
3336         VM_WARN_ON_ONCE(list_empty(&mm->lru_gen.list));
3337
3338         lru_gen_del_mm(mm);
3339         lru_gen_add_mm(mm);
3340 }
3341 #endif
3342
3343 /*
3344  * Bloom filters with m=1<<15, k=2 and the false positive rates of ~1/5 when
3345  * n=10,000 and ~1/2 when n=20,000, where, conventionally, m is the number of
3346  * bits in a bitmap, k is the number of hash functions and n is the number of
3347  * inserted items.
3348  *
3349  * Page table walkers use one of the two filters to reduce their search space.
3350  * To get rid of non-leaf entries that no longer have enough leaf entries, the
3351  * aging uses the double-buffering technique to flip to the other filter each
3352  * time it produces a new generation. For non-leaf entries that have enough
3353  * leaf entries, the aging carries them over to the next generation in
3354  * walk_pmd_range(); the eviction also report them when walking the rmap
3355  * in lru_gen_look_around().
3356  *
3357  * For future optimizations:
3358  * 1. It's not necessary to keep both filters all the time. The spare one can be
3359  *    freed after the RCU grace period and reallocated if needed again.
3360  * 2. And when reallocating, it's worth scaling its size according to the number
3361  *    of inserted entries in the other filter, to reduce the memory overhead on
3362  *    small systems and false positives on large systems.
3363  * 3. Jenkins' hash function is an alternative to Knuth's.
3364  */
3365 #define BLOOM_FILTER_SHIFT      15
3366
3367 static inline int filter_gen_from_seq(unsigned long seq)
3368 {
3369         return seq % NR_BLOOM_FILTERS;
3370 }
3371
3372 static void get_item_key(void *item, int *key)
3373 {
3374         u32 hash = hash_ptr(item, BLOOM_FILTER_SHIFT * 2);
3375
3376         BUILD_BUG_ON(BLOOM_FILTER_SHIFT * 2 > BITS_PER_TYPE(u32));
3377
3378         key[0] = hash & (BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT) - 1);
3379         key[1] = hash >> BLOOM_FILTER_SHIFT;
3380 }
3381
3382 static void reset_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq)
3383 {
3384         unsigned long *filter;
3385         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3386
3387         filter = lruvec->mm_state.filters[gen];
3388         if (filter) {
3389                 bitmap_clear(filter, 0, BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT));
3390                 return;
3391         }
3392
3393         filter = bitmap_zalloc(BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT),
3394                                __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
3395         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen], filter);
3396 }
3397
3398 static void update_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3399 {
3400         int key[2];
3401         unsigned long *filter;
3402         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3403
3404         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3405         if (!filter)
3406                 return;
3407
3408         get_item_key(item, key);
3409
3410         if (!test_bit(key[0], filter))
3411                 set_bit(key[0], filter);
3412         if (!test_bit(key[1], filter))
3413                 set_bit(key[1], filter);
3414 }
3415
3416 static bool test_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3417 {
3418         int key[2];
3419         unsigned long *filter;
3420         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3421
3422         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3423         if (!filter)
3424                 return true;
3425
3426         get_item_key(item, key);
3427
3428         return test_bit(key[0], filter) && test_bit(key[1], filter);
3429 }
3430
3431 static void reset_mm_stats(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk, bool last)
3432 {
3433         int i;
3434         int hist;
3435
3436         lockdep_assert_held(&get_mm_list(lruvec_memcg(lruvec))->lock);
3437
3438         if (walk) {
3439                 hist = lru_hist_from_seq(walk->max_seq);
3440
3441                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
3442                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i],
3443                                    lruvec->mm_state.stats[hist][i] + walk->mm_stats[i]);
3444                         walk->mm_stats[i] = 0;
3445                 }
3446         }
3447
3448         if (NR_HIST_GENS > 1 && last) {
3449                 hist = lru_hist_from_seq(lruvec->mm_state.seq + 1);
3450
3451                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++)
3452                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i], 0);
3453         }
3454 }
3455
3456 static bool should_skip_mm(struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3457 {
3458         int type;
3459         unsigned long size = 0;
3460         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3461         int key = pgdat->node_id % BITS_PER_TYPE(mm->lru_gen.bitmap);
3462
3463         if (!walk->force_scan && !test_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap))
3464                 return true;
3465
3466         clear_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap);
3467
3468         for (type = !walk->can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
3469                 size += type ? get_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES) :
3470                                get_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES) +
3471                                get_mm_counter(mm, MM_SHMEMPAGES);
3472         }
3473
3474         if (size < MIN_LRU_BATCH)
3475                 return true;
3476
3477         return !mmget_not_zero(mm);
3478 }
3479
3480 static bool iterate_mm_list(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk,
3481                             struct mm_struct **iter)
3482 {
3483         bool first = false;
3484         bool last = true;
3485         struct mm_struct *mm = NULL;
3486         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3487         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3488         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3489
3490         /*
3491          * There are four interesting cases for this page table walker:
3492          * 1. It tries to start a new iteration of mm_list with a stale max_seq;
3493          *    there is nothing left to do.
3494          * 2. It's the first of the current generation, and it needs to reset
3495          *    the Bloom filter for the next generation.
3496          * 3. It reaches the end of mm_list, and it needs to increment
3497          *    mm_state->seq; the iteration is done.
3498          * 4. It's the last of the current generation, and it needs to reset the
3499          *    mm stats counters for the next generation.
3500          */
3501         spin_lock(&mm_list->lock);
3502
3503         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < walk->max_seq);
3504         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && mm_state->seq > walk->max_seq);
3505         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && !mm_state->nr_walkers);
3506
3507         if (walk->max_seq <= mm_state->seq) {
3508                 if (!*iter)
3509                         last = false;
3510                 goto done;
3511         }
3512
3513         if (!mm_state->nr_walkers) {
3514                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3515
3516                 mm_state->head = mm_list->fifo.next;
3517                 first = true;
3518         }
3519
3520         while (!mm && mm_state->head != &mm_list->fifo) {
3521                 mm = list_entry(mm_state->head, struct mm_struct, lru_gen.list);
3522
3523                 mm_state->head = mm_state->head->next;
3524
3525                 /* force scan for those added after the last iteration */
3526                 if (!mm_state->tail || mm_state->tail == &mm->lru_gen.list) {
3527                         mm_state->tail = mm_state->head;
3528                         walk->force_scan = true;
3529                 }
3530
3531                 if (should_skip_mm(mm, walk))
3532                         mm = NULL;
3533         }
3534
3535         if (mm_state->head == &mm_list->fifo)
3536                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3537 done:
3538         if (*iter && !mm)
3539                 mm_state->nr_walkers--;
3540         if (!*iter && mm)
3541                 mm_state->nr_walkers++;
3542
3543         if (mm_state->nr_walkers)
3544                 last = false;
3545
3546         if (*iter || last)
3547                 reset_mm_stats(lruvec, walk, last);
3548
3549         spin_unlock(&mm_list->lock);
3550
3551         if (mm && first)
3552                 reset_bloom_filter(lruvec, walk->max_seq + 1);
3553
3554         if (*iter)
3555                 mmput_async(*iter);
3556
3557         *iter = mm;
3558
3559         return last;
3560 }
3561
3562 static bool iterate_mm_list_nowalk(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq)
3563 {
3564         bool success = false;
3565         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3566         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3567         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3568
3569         spin_lock(&mm_list->lock);
3570
3571         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < max_seq);
3572
3573         if (max_seq > mm_state->seq && !mm_state->nr_walkers) {
3574                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3575
3576                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3577                 reset_mm_stats(lruvec, NULL, true);
3578                 success = true;
3579         }
3580
3581         spin_unlock(&mm_list->lock);
3582
3583         return success;
3584 }
3585
3586 /******************************************************************************
3587  *                          refault feedback loop
3588  ******************************************************************************/
3589
3590 /*
3591  * A feedback loop based on Proportional-Integral-Derivative (PID) controller.
3592  *
3593  * The P term is refaulted/(evicted+protected) from a tier in the generation
3594  * currently being evicted; the I term is the exponential moving average of the
3595  * P term over the generations previously evicted, using the smoothing factor
3596  * 1/2; the D term isn't supported.
3597  *
3598  * The setpoint (SP) is always the first tier of one type; the process variable
3599  * (PV) is either any tier of the other type or any other tier of the same
3600  * type.
3601  *
3602  * The error is the difference between the SP and the PV; the correction is to
3603  * turn off protection when SP>PV or turn on protection when SP<PV.
3604  *
3605  * For future optimizations:
3606  * 1. The D term may discount the other two terms over time so that long-lived
3607  *    generations can resist stale information.
3608  */
3609 struct ctrl_pos {
3610         unsigned long refaulted;
3611         unsigned long total;
3612         int gain;
3613 };
3614
3615 static void read_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, int tier, int gain,
3616                           struct ctrl_pos *pos)
3617 {
3618         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3619         int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3620
3621         pos->refaulted = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3622                          atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3623         pos->total = lrugen->avg_total[type][tier] +
3624                      atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3625         if (tier)
3626                 pos->total += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3627         pos->gain = gain;
3628 }
3629
3630 static void reset_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, bool carryover)
3631 {
3632         int hist, tier;
3633         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3634         bool clear = carryover ? NR_HIST_GENS == 1 : NR_HIST_GENS > 1;
3635         unsigned long seq = carryover ? lrugen->min_seq[type] : lrugen->max_seq + 1;
3636
3637         lockdep_assert_held(&lruvec->lru_lock);
3638
3639         if (!carryover && !clear)
3640                 return;
3641
3642         hist = lru_hist_from_seq(seq);
3643
3644         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
3645                 if (carryover) {
3646                         unsigned long sum;
3647
3648                         sum = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3649                               atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3650                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier], sum / 2);
3651
3652                         sum = lrugen->avg_total[type][tier] +
3653                               atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3654                         if (tier)
3655                                 sum += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3656                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier], sum / 2);
3657                 }
3658
3659                 if (clear) {
3660                         atomic_long_set(&lrugen->refaulted[hist][type][tier], 0);
3661                         atomic_long_set(&lrugen->evicted[hist][type][tier], 0);
3662                         if (tier)
3663                                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1], 0);
3664                 }
3665         }
3666 }
3667
3668 static bool positive_ctrl_err(struct ctrl_pos *sp, struct ctrl_pos *pv)
3669 {
3670         /*
3671          * Return true if the PV has a limited number of refaults or a lower
3672          * refaulted/total than the SP.
3673          */
3674         return pv->refaulted < MIN_LRU_BATCH ||
3675                pv->refaulted * (sp->total + MIN_LRU_BATCH) * sp->gain <=
3676                (sp->refaulted + 1) * pv->total * pv->gain;
3677 }
3678
3679 /******************************************************************************
3680  *                          the aging
3681  ******************************************************************************/
3682
3683 /* promote pages accessed through page tables */
3684 static int folio_update_gen(struct folio *folio, int gen)
3685 {
3686         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3687
3688         VM_WARN_ON_ONCE(gen >= MAX_NR_GENS);
3689         VM_WARN_ON_ONCE(!rcu_read_lock_held());
3690
3691         do {
3692                 /* lru_gen_del_folio() has isolated this page? */
3693                 if (!(old_flags & LRU_GEN_MASK)) {
3694                         /* for shrink_folio_list() */
3695                         new_flags = old_flags | BIT(PG_referenced);
3696                         continue;
3697                 }
3698
3699                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3700                 new_flags |= (gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3701         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3702
3703         return ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3704 }
3705
3706 /* protect pages accessed multiple times through file descriptors */
3707 static int folio_inc_gen(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, bool reclaiming)
3708 {
3709         int type = folio_is_file_lru(folio);
3710         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3711         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3712         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3713
3714         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!(old_flags & LRU_GEN_MASK), folio);
3715
3716         do {
3717                 new_gen = ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3718                 /* folio_update_gen() has promoted this page? */
3719                 if (new_gen >= 0 && new_gen != old_gen)
3720                         return new_gen;
3721
3722                 new_gen = (old_gen + 1) % MAX_NR_GENS;
3723
3724                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3725                 new_flags |= (new_gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3726                 /* for folio_end_writeback() */
3727                 if (reclaiming)
3728                         new_flags |= BIT(PG_reclaim);
3729         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3730
3731         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
3732
3733         return new_gen;
3734 }
3735
3736 static void update_batch_size(struct lru_gen_mm_walk *walk, struct folio *folio,
3737                               int old_gen, int new_gen)
3738 {
3739         int type = folio_is_file_lru(folio);
3740         int zone = folio_zonenum(folio);
3741         int delta = folio_nr_pages(folio);
3742
3743         VM_WARN_ON_ONCE(old_gen >= MAX_NR_GENS);
3744         VM_WARN_ON_ONCE(new_gen >= MAX_NR_GENS);
3745
3746         walk->batched++;
3747
3748         walk->nr_pages[old_gen][type][zone] -= delta;
3749         walk->nr_pages[new_gen][type][zone] += delta;
3750 }
3751
3752 static void reset_batch_size(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3753 {
3754         int gen, type, zone;
3755         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3756
3757         walk->batched = 0;
3758
3759         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
3760                 enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
3761                 int delta = walk->nr_pages[gen][type][zone];
3762
3763                 if (!delta)
3764                         continue;
3765
3766                 walk->nr_pages[gen][type][zone] = 0;
3767                 WRITE_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone],
3768                            lrugen->nr_pages[gen][type][zone] + delta);
3769
3770                 if (lru_gen_is_active(lruvec, gen))
3771                         lru += LRU_ACTIVE;
3772                 __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
3773         }
3774 }
3775
3776 static int should_skip_vma(unsigned long start, unsigned long end, struct mm_walk *args)
3777 {
3778         struct address_space *mapping;
3779         struct vm_area_struct *vma = args->vma;
3780         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3781
3782         if (!vma_is_accessible(vma))
3783                 return true;
3784
3785         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
3786                 return true;
3787
3788         if (vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL | VM_SEQ_READ | VM_RAND_READ))
3789                 return true;
3790
3791         if (vma == get_gate_vma(vma->vm_mm))
3792                 return true;
3793
3794         if (vma_is_anonymous(vma))
3795                 return !walk->can_swap;
3796
3797         if (WARN_ON_ONCE(!vma->vm_file || !vma->vm_file->f_mapping))
3798                 return true;
3799
3800         mapping = vma->vm_file->f_mapping;
3801         if (mapping_unevictable(mapping))
3802                 return true;
3803
3804         if (shmem_mapping(mapping))
3805                 return !walk->can_swap;
3806
3807         /* to exclude special mappings like dax, etc. */
3808         return !mapping->a_ops->read_folio;
3809 }
3810
3811 /*
3812  * Some userspace memory allocators map many single-page VMAs. Instead of
3813  * returning back to the PGD table for each of such VMAs, finish an entire PMD
3814  * table to reduce zigzags and improve cache performance.
3815  */
3816 static bool get_next_vma(unsigned long mask, unsigned long size, struct mm_walk *args,
3817                          unsigned long *vm_start, unsigned long *vm_end)
3818 {
3819         unsigned long start = round_up(*vm_end, size);
3820         unsigned long end = (start | ~mask) + 1;
3821         VMA_ITERATOR(vmi, args->mm, start);
3822
3823         VM_WARN_ON_ONCE(mask & size);
3824         VM_WARN_ON_ONCE((start & mask) != (*vm_start & mask));
3825
3826         for_each_vma(vmi, args->vma) {
3827                 if (end && end <= args->vma->vm_start)
3828                         return false;
3829
3830                 if (should_skip_vma(args->vma->vm_start, args->vma->vm_end, args))
3831                         continue;
3832
3833                 *vm_start = max(start, args->vma->vm_start);
3834                 *vm_end = min(end - 1, args->vma->vm_end - 1) + 1;
3835
3836                 return true;
3837         }
3838
3839         return false;
3840 }
3841
3842 static unsigned long get_pte_pfn(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3843 {
3844         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
3845
3846         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3847
3848         if (!pte_present(pte) || is_zero_pfn(pfn))
3849                 return -1;
3850
3851         if (WARN_ON_ONCE(pte_devmap(pte) || pte_special(pte)))
3852                 return -1;
3853
3854         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3855                 return -1;
3856
3857         return pfn;
3858 }
3859
3860 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3861 static unsigned long get_pmd_pfn(pmd_t pmd, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3862 {
3863         unsigned long pfn = pmd_pfn(pmd);
3864
3865         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3866
3867         if (!pmd_present(pmd) || is_huge_zero_pmd(pmd))
3868                 return -1;
3869
3870         if (WARN_ON_ONCE(pmd_devmap(pmd)))
3871                 return -1;
3872
3873         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3874                 return -1;
3875
3876         return pfn;
3877 }
3878 #endif
3879
3880 static struct folio *get_pfn_folio(unsigned long pfn, struct mem_cgroup *memcg,
3881                                    struct pglist_data *pgdat, bool can_swap)
3882 {
3883         struct folio *folio;
3884
3885         /* try to avoid unnecessary memory loads */
3886         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
3887                 return NULL;
3888
3889         folio = pfn_folio(pfn);
3890         if (folio_nid(folio) != pgdat->node_id)
3891                 return NULL;
3892
3893         if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
3894                 return NULL;
3895
3896         /* file VMAs can contain anon pages from COW */
3897         if (!folio_is_file_lru(folio) && !can_swap)
3898                 return NULL;
3899
3900         return folio;
3901 }
3902
3903 static bool suitable_to_scan(int total, int young)
3904 {
3905         int n = clamp_t(int, cache_line_size() / sizeof(pte_t), 2, 8);
3906
3907         /* suitable if the average number of young PTEs per cacheline is >=1 */
3908         return young * n >= total;
3909 }
3910
3911 static bool walk_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long start, unsigned long end,
3912                            struct mm_walk *args)
3913 {
3914         int i;
3915         pte_t *pte;
3916         spinlock_t *ptl;
3917         unsigned long addr;
3918         int total = 0;
3919         int young = 0;
3920         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3921         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3922         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3923         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3924
3925         VM_WARN_ON_ONCE(pmd_leaf(*pmd));
3926
3927         ptl = pte_lockptr(args->mm, pmd);
3928         if (!spin_trylock(ptl))
3929                 return false;
3930
3931         arch_enter_lazy_mmu_mode();
3932
3933         pte = pte_offset_map(pmd, start & PMD_MASK);
3934 restart:
3935         for (i = pte_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
3936                 unsigned long pfn;
3937                 struct folio *folio;
3938
3939                 total++;
3940                 walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
3941
3942                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], args->vma, addr);
3943                 if (pfn == -1)
3944                         continue;
3945
3946                 if (!pte_young(pte[i])) {
3947                         walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
3948                         continue;
3949                 }
3950
3951                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
3952                 if (!folio)
3953                         continue;
3954
3955                 if (!ptep_test_and_clear_young(args->vma, addr, pte + i))
3956                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
3957
3958                 young++;
3959                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
3960
3961                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
3962                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
3963                       !folio_test_swapcache(folio)))
3964                         folio_mark_dirty(folio);
3965
3966                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
3967                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
3968                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
3969         }
3970
3971         if (i < PTRS_PER_PTE && get_next_vma(PMD_MASK, PAGE_SIZE, args, &start, &end))
3972                 goto restart;
3973
3974         pte_unmap(pte);
3975
3976         arch_leave_lazy_mmu_mode();
3977         spin_unlock(ptl);
3978
3979         return suitable_to_scan(total, young);
3980 }
3981
3982 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3983 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
3984                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
3985 {
3986         int i;
3987         pmd_t *pmd;
3988         spinlock_t *ptl;
3989         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3990         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3991         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3992         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3993
3994         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
3995
3996         /* try to batch at most 1+MIN_LRU_BATCH+1 entries */
3997         if (*start == -1) {
3998                 *start = next;
3999                 return;
4000         }
4001
4002         i = next == -1 ? 0 : pmd_index(next) - pmd_index(*start);
4003         if (i && i <= MIN_LRU_BATCH) {
4004                 __set_bit(i - 1, bitmap);
4005                 return;
4006         }
4007
4008         pmd = pmd_offset(pud, *start);
4009
4010         ptl = pmd_lockptr(args->mm, pmd);
4011         if (!spin_trylock(ptl))
4012                 goto done;
4013
4014         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4015
4016         do {
4017                 unsigned long pfn;
4018                 struct folio *folio;
4019                 unsigned long addr = i ? (*start & PMD_MASK) + i * PMD_SIZE : *start;
4020
4021                 pfn = get_pmd_pfn(pmd[i], vma, addr);
4022                 if (pfn == -1)
4023                         goto next;
4024
4025                 if (!pmd_trans_huge(pmd[i])) {
4026                         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4027                             get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
4028                                 pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i);
4029                         goto next;
4030                 }
4031
4032                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
4033                 if (!folio)
4034                         goto next;
4035
4036                 if (!pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i))
4037                         goto next;
4038
4039                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
4040
4041                 if (pmd_dirty(pmd[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4042                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4043                       !folio_test_swapcache(folio)))
4044                         folio_mark_dirty(folio);
4045
4046                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4047                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
4048                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4049 next:
4050                 i = i > MIN_LRU_BATCH ? 0 : find_next_bit(bitmap, MIN_LRU_BATCH, i) + 1;
4051         } while (i <= MIN_LRU_BATCH);
4052
4053         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4054         spin_unlock(ptl);
4055 done:
4056         *start = -1;
4057         bitmap_zero(bitmap, MIN_LRU_BATCH);
4058 }
4059 #else
4060 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
4061                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
4062 {
4063 }
4064 #endif
4065
4066 static void walk_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long start, unsigned long end,
4067                            struct mm_walk *args)
4068 {
4069         int i;
4070         pmd_t *pmd;
4071         unsigned long next;
4072         unsigned long addr;
4073         struct vm_area_struct *vma;
4074         unsigned long pos = -1;
4075         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4076         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4077
4078         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
4079
4080         /*
4081          * Finish an entire PMD in two passes: the first only reaches to PTE
4082          * tables to avoid taking the PMD lock; the second, if necessary, takes
4083          * the PMD lock to clear the accessed bit in PMD entries.
4084          */
4085         pmd = pmd_offset(pud, start & PUD_MASK);
4086 restart:
4087         /* walk_pte_range() may call get_next_vma() */
4088         vma = args->vma;
4089         for (i = pmd_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4090                 pmd_t val = pmdp_get_lockless(pmd + i);
4091
4092                 next = pmd_addr_end(addr, end);
4093
4094                 if (!pmd_present(val) || is_huge_zero_pmd(val)) {
4095                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4096                         continue;
4097                 }
4098
4099 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4100                 if (pmd_trans_huge(val)) {
4101                         unsigned long pfn = pmd_pfn(val);
4102                         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
4103
4104                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4105
4106                         if (!pmd_young(val)) {
4107                                 walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
4108                                 continue;
4109                         }
4110
4111                         /* try to avoid unnecessary memory loads */
4112                         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
4113                                 continue;
4114
4115                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4116                         continue;
4117                 }
4118 #endif
4119                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_TOTAL]++;
4120
4121                 if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4122                     get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG)) {
4123                         if (!pmd_young(val))
4124                                 continue;
4125
4126                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4127                 }
4128
4129                 if (!walk->force_scan && !test_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq, pmd + i))
4130                         continue;
4131
4132                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_FOUND]++;
4133
4134                 if (!walk_pte_range(&val, addr, next, args))
4135                         continue;
4136
4137                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_ADDED]++;
4138
4139                 /* carry over to the next generation */
4140                 update_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq + 1, pmd + i);
4141         }
4142
4143         walk_pmd_range_locked(pud, -1, vma, args, bitmap, &pos);
4144
4145         if (i < PTRS_PER_PMD && get_next_vma(PUD_MASK, PMD_SIZE, args, &start, &end))
4146                 goto restart;
4147 }
4148
4149 static int walk_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long start, unsigned long end,
4150                           struct mm_walk *args)
4151 {
4152         int i;
4153         pud_t *pud;
4154         unsigned long addr;
4155         unsigned long next;
4156         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4157
4158         VM_WARN_ON_ONCE(p4d_leaf(*p4d));
4159
4160         pud = pud_offset(p4d, start & P4D_MASK);
4161 restart:
4162         for (i = pud_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4163                 pud_t val = READ_ONCE(pud[i]);
4164
4165                 next = pud_addr_end(addr, end);
4166
4167                 if (!pud_present(val) || WARN_ON_ONCE(pud_leaf(val)))
4168                         continue;
4169
4170                 walk_pmd_range(&val, addr, next, args);
4171
4172                 /* a racy check to curtail the waiting time */
4173                 if (wq_has_sleeper(&walk->lruvec->mm_state.wait))
4174                         return 1;
4175
4176                 if (need_resched() || walk->batched >= MAX_LRU_BATCH) {
4177                         end = (addr | ~PUD_MASK) + 1;
4178                         goto done;
4179                 }
4180         }
4181
4182         if (i < PTRS_PER_PUD && get_next_vma(P4D_MASK, PUD_SIZE, args, &start, &end))
4183                 goto restart;
4184
4185         end = round_up(end, P4D_SIZE);
4186 done:
4187         if (!end || !args->vma)
4188                 return 1;
4189
4190         walk->next_addr = max(end, args->vma->vm_start);
4191
4192         return -EAGAIN;
4193 }
4194
4195 static void walk_mm(struct lruvec *lruvec, struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
4196 {
4197         static const struct mm_walk_ops mm_walk_ops = {
4198                 .test_walk = should_skip_vma,
4199                 .p4d_entry = walk_pud_range,
4200         };
4201
4202         int err;
4203         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4204
4205         walk->next_addr = FIRST_USER_ADDRESS;
4206
4207         do {
4208                 err = -EBUSY;
4209
4210                 /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4211                 if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4212                         break;
4213
4214                 /* the caller might be holding the lock for write */
4215                 if (mmap_read_trylock(mm)) {
4216                         err = walk_page_range(mm, walk->next_addr, ULONG_MAX, &mm_walk_ops, walk);
4217
4218                         mmap_read_unlock(mm);
4219                 }
4220
4221                 mem_cgroup_unlock_pages();
4222
4223                 if (walk->batched) {
4224                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4225                         reset_batch_size(lruvec, walk);
4226                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4227                 }
4228
4229                 cond_resched();
4230         } while (err == -EAGAIN);
4231 }
4232
4233 static struct lru_gen_mm_walk *set_mm_walk(struct pglist_data *pgdat)
4234 {
4235         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4236
4237         if (pgdat && current_is_kswapd()) {
4238                 VM_WARN_ON_ONCE(walk);
4239
4240                 walk = &pgdat->mm_walk;
4241         } else if (!pgdat && !walk) {
4242                 VM_WARN_ON_ONCE(current_is_kswapd());
4243
4244                 walk = kzalloc(sizeof(*walk), __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
4245         }
4246
4247         current->reclaim_state->mm_walk = walk;
4248
4249         return walk;
4250 }
4251
4252 static void clear_mm_walk(void)
4253 {
4254         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4255
4256         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->nr_pages, 0, sizeof(walk->nr_pages)));
4257         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->mm_stats, 0, sizeof(walk->mm_stats)));
4258
4259         current->reclaim_state->mm_walk = NULL;
4260
4261         if (!current_is_kswapd())
4262                 kfree(walk);
4263 }
4264
4265 static bool inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, int type, bool can_swap)
4266 {
4267         int zone;
4268         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4269         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4270         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4271
4272         if (type == LRU_GEN_ANON && !can_swap)
4273                 goto done;
4274
4275         /* prevent cold/hot inversion if force_scan is true */
4276         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4277                 struct list_head *head = &lrugen->lists[old_gen][type][zone];
4278
4279                 while (!list_empty(head)) {
4280                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4281
4282                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4283                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4284                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4285                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4286
4287                         new_gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4288                         list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[new_gen][type][zone]);
4289
4290                         if (!--remaining)
4291                                 return false;
4292                 }
4293         }
4294 done:
4295         reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4296         WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], lrugen->min_seq[type] + 1);
4297
4298         return true;
4299 }
4300
4301 static bool try_to_inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap)
4302 {
4303         int gen, type, zone;
4304         bool success = false;
4305         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4306         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4307
4308         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4309
4310         /* find the oldest populated generation */
4311         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4312                 while (min_seq[type] + MIN_NR_GENS <= lrugen->max_seq) {
4313                         gen = lru_gen_from_seq(min_seq[type]);
4314
4315                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4316                                 if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
4317                                         goto next;
4318                         }
4319
4320                         min_seq[type]++;
4321                 }
4322 next:
4323                 ;
4324         }
4325
4326         /* see the comment on lru_gen_struct */
4327         if (can_swap) {
4328                 min_seq[LRU_GEN_ANON] = min(min_seq[LRU_GEN_ANON], min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4329                 min_seq[LRU_GEN_FILE] = max(min_seq[LRU_GEN_ANON], lrugen->min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4330         }
4331
4332         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4333                 if (min_seq[type] == lrugen->min_seq[type])
4334                         continue;
4335
4336                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4337                 WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], min_seq[type]);
4338                 success = true;
4339         }
4340
4341         return success;
4342 }
4343
4344 static void inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap, bool force_scan)
4345 {
4346         int prev, next;
4347         int type, zone;
4348         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4349
4350         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4351
4352         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4353
4354         for (type = ANON_AND_FILE - 1; type >= 0; type--) {
4355                 if (get_nr_gens(lruvec, type) != MAX_NR_GENS)
4356                         continue;
4357
4358                 VM_WARN_ON_ONCE(!force_scan && (type == LRU_GEN_FILE || can_swap));
4359
4360                 while (!inc_min_seq(lruvec, type, can_swap)) {
4361                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4362                         cond_resched();
4363                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4364                 }
4365         }
4366
4367         /*
4368          * Update the active/inactive LRU sizes for compatibility. Both sides of
4369          * the current max_seq need to be covered, since max_seq+1 can overlap
4370          * with min_seq[LRU_GEN_ANON] if swapping is constrained. And if they do
4371          * overlap, cold/hot inversion happens.
4372          */
4373         prev = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq - 1);
4374         next = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq + 1);
4375
4376         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4377                 for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4378                         enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
4379                         long delta = lrugen->nr_pages[prev][type][zone] -
4380                                      lrugen->nr_pages[next][type][zone];
4381
4382                         if (!delta)
4383                                 continue;
4384
4385                         __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
4386                         __update_lru_size(lruvec, lru + LRU_ACTIVE, zone, -delta);
4387                 }
4388         }
4389
4390         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++)
4391                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, false);
4392
4393         WRITE_ONCE(lrugen->timestamps[next], jiffies);
4394         /* make sure preceding modifications appear */
4395         smp_store_release(&lrugen->max_seq, lrugen->max_seq + 1);
4396
4397         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4398 }
4399
4400 static bool try_to_inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq,
4401                                struct scan_control *sc, bool can_swap, bool force_scan)
4402 {
4403         bool success;
4404         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4405         struct mm_struct *mm = NULL;
4406         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4407
4408         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq > READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4409
4410         /* see the comment in iterate_mm_list() */
4411         if (max_seq <= READ_ONCE(lruvec->mm_state.seq)) {
4412                 success = false;
4413                 goto done;
4414         }
4415
4416         /*
4417          * If the hardware doesn't automatically set the accessed bit, fallback
4418          * to lru_gen_look_around(), which only clears the accessed bit in a
4419          * handful of PTEs. Spreading the work out over a period of time usually
4420          * is less efficient, but it avoids bursty page faults.
4421          */
4422         if (!force_scan && !(arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))) {
4423                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4424                 goto done;
4425         }
4426
4427         walk = set_mm_walk(NULL);
4428         if (!walk) {
4429                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4430                 goto done;
4431         }
4432
4433         walk->lruvec = lruvec;
4434         walk->max_seq = max_seq;
4435         walk->can_swap = can_swap;
4436         walk->force_scan = force_scan;
4437
4438         do {
4439                 success = iterate_mm_list(lruvec, walk, &mm);
4440                 if (mm)
4441                         walk_mm(lruvec, mm, walk);
4442
4443                 cond_resched();
4444         } while (mm);
4445 done:
4446         if (!success) {
4447                 if (sc->priority <= DEF_PRIORITY - 2)
4448                         wait_event_killable(lruvec->mm_state.wait,
4449                                             max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4450
4451                 return max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq);
4452         }
4453
4454         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq != READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4455
4456         inc_max_seq(lruvec, can_swap, force_scan);
4457         /* either this sees any waiters or they will see updated max_seq */
4458         if (wq_has_sleeper(&lruvec->mm_state.wait))
4459                 wake_up_all(&lruvec->mm_state.wait);
4460
4461         return true;
4462 }
4463
4464 static bool should_run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
4465                              struct scan_control *sc, bool can_swap, unsigned long *nr_to_scan)
4466 {
4467         int gen, type, zone;
4468         unsigned long old = 0;
4469         unsigned long young = 0;
4470         unsigned long total = 0;
4471         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4472         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4473
4474         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4475                 unsigned long seq;
4476
4477                 for (seq = min_seq[type]; seq <= max_seq; seq++) {
4478                         unsigned long size = 0;
4479
4480                         gen = lru_gen_from_seq(seq);
4481
4482                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
4483                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
4484
4485                         total += size;
4486                         if (seq == max_seq)
4487                                 young += size;
4488                         else if (seq + MIN_NR_GENS == max_seq)
4489                                 old += size;
4490                 }
4491         }
4492
4493         /* try to scrape all its memory if this memcg was deleted */
4494         *nr_to_scan = mem_cgroup_online(memcg) ? (total >> sc->priority) : total;
4495
4496         /*
4497          * The aging tries to be lazy to reduce the overhead, while the eviction
4498          * stalls when the number of generations reaches MIN_NR_GENS. Hence, the
4499          * ideal number of generations is MIN_NR_GENS+1.
4500          */
4501         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS > max_seq)
4502                 return true;
4503         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS < max_seq)
4504                 return false;
4505
4506         /*
4507          * It's also ideal to spread pages out evenly, i.e., 1/(MIN_NR_GENS+1)
4508          * of the total number of pages for each generation. A reasonable range
4509          * for this average portion is [1/MIN_NR_GENS, 1/(MIN_NR_GENS+2)]. The
4510          * aging cares about the upper bound of hot pages, while the eviction
4511          * cares about the lower bound of cold pages.
4512          */
4513         if (young * MIN_NR_GENS > total)
4514                 return true;
4515         if (old * (MIN_NR_GENS + 2) < total)
4516                 return true;
4517
4518         return false;
4519 }
4520
4521 static bool age_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, unsigned long min_ttl)
4522 {
4523         bool need_aging;
4524         unsigned long nr_to_scan;
4525         int swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
4526         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4527         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4528         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4529
4530         VM_WARN_ON_ONCE(sc->memcg_low_reclaim);
4531
4532         mem_cgroup_calculate_protection(NULL, memcg);
4533
4534         if (mem_cgroup_below_min(NULL, memcg))
4535                 return false;
4536
4537         need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, swappiness, &nr_to_scan);
4538
4539         if (min_ttl) {
4540                 int gen = lru_gen_from_seq(min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4541                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
4542
4543                 if (time_is_after_jiffies(birth + min_ttl))
4544                         return false;
4545
4546                 /* the size is likely too small to be helpful */
4547                 if (!nr_to_scan && sc->priority != DEF_PRIORITY)
4548                         return false;
4549         }
4550
4551         if (need_aging)
4552                 try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, swappiness, false);
4553
4554         return true;
4555 }
4556
4557 /* to protect the working set of the last N jiffies */
4558 static unsigned long lru_gen_min_ttl __read_mostly;
4559
4560 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
4561 {
4562         struct mem_cgroup *memcg;
4563         bool success = false;
4564         unsigned long min_ttl = READ_ONCE(lru_gen_min_ttl);
4565
4566         VM_WARN_ON_ONCE(!current_is_kswapd());
4567
4568         sc->last_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
4569
4570         /*
4571          * To reduce the chance of going into the aging path, which can be
4572          * costly, optimistically skip it if the flag below was cleared in the
4573          * eviction path. This improves the overall performance when multiple
4574          * memcgs are available.
4575          */
4576         if (!sc->memcgs_need_aging) {
4577                 sc->memcgs_need_aging = true;
4578                 return;
4579         }
4580
4581         set_mm_walk(pgdat);
4582
4583         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
4584         do {
4585                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4586
4587                 if (age_lruvec(lruvec, sc, min_ttl))
4588                         success = true;
4589
4590                 cond_resched();
4591         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
4592
4593         clear_mm_walk();
4594
4595         /* check the order to exclude compaction-induced reclaim */
4596         if (success || !min_ttl || sc->order)
4597                 return;
4598
4599         /*
4600          * The main goal is to OOM kill if every generation from all memcgs is
4601          * younger than min_ttl. However, another possibility is all memcgs are
4602          * either below min or empty.
4603          */
4604         if (mutex_trylock(&oom_lock)) {
4605                 struct oom_control oc = {
4606                         .gfp_mask = sc->gfp_mask,
4607                 };
4608
4609                 out_of_memory(&oc);
4610
4611                 mutex_unlock(&oom_lock);
4612         }
4613 }
4614
4615 /*
4616  * This function exploits spatial locality when shrink_folio_list() walks the
4617  * rmap. It scans the adjacent PTEs of a young PTE and promotes hot pages. If
4618  * the scan was done cacheline efficiently, it adds the PMD entry pointing to
4619  * the PTE table to the Bloom filter. This forms a feedback loop between the
4620  * eviction and the aging.
4621  */
4622 void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
4623 {
4624         int i;
4625         pte_t *pte;
4626         unsigned long start;
4627         unsigned long end;
4628         unsigned long addr;
4629         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4630         int young = 0;
4631         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4632         struct folio *folio = pfn_folio(pvmw->pfn);
4633         struct mem_cgroup *memcg = folio_memcg(folio);
4634         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
4635         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4636         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4637         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(max_seq);
4638
4639         lockdep_assert_held(pvmw->ptl);
4640         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
4641
4642         if (spin_is_contended(pvmw->ptl))
4643                 return;
4644
4645         /* avoid taking the LRU lock under the PTL when possible */
4646         walk = current->reclaim_state ? current->reclaim_state->mm_walk : NULL;
4647
4648         start = max(pvmw->address & PMD_MASK, pvmw->vma->vm_start);
4649         end = min(pvmw->address | ~PMD_MASK, pvmw->vma->vm_end - 1) + 1;
4650
4651         if (end - start > MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE) {
4652                 if (pvmw->address - start < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4653                         end = start + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4654                 else if (end - pvmw->address < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4655                         start = end - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4656                 else {
4657                         start = pvmw->address - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4658                         end = pvmw->address + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4659                 }
4660         }
4661
4662         pte = pvmw->pte - (pvmw->address - start) / PAGE_SIZE;
4663
4664         rcu_read_lock();
4665         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4666
4667         for (i = 0, addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
4668                 unsigned long pfn;
4669
4670                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], pvmw->vma, addr);
4671                 if (pfn == -1)
4672                         continue;
4673
4674                 if (!pte_young(pte[i]))
4675                         continue;
4676
4677                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, !walk || walk->can_swap);
4678                 if (!folio)
4679                         continue;
4680
4681                 if (!ptep_test_and_clear_young(pvmw->vma, addr, pte + i))
4682                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
4683
4684                 young++;
4685
4686                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4687                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4688                       !folio_test_swapcache(folio)))
4689                         folio_mark_dirty(folio);
4690
4691                 old_gen = folio_lru_gen(folio);
4692                 if (old_gen < 0)
4693                         folio_set_referenced(folio);
4694                 else if (old_gen != new_gen)
4695                         __set_bit(i, bitmap);
4696         }
4697
4698         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4699         rcu_read_unlock();
4700
4701         /* feedback from rmap walkers to page table walkers */
4702         if (suitable_to_scan(i, young))
4703                 update_bloom_filter(lruvec, max_seq, pvmw->pmd);
4704
4705         if (!walk && bitmap_weight(bitmap, MIN_LRU_BATCH) < PAGEVEC_SIZE) {
4706                 for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4707                         folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4708                         folio_activate(folio);
4709                 }
4710                 return;
4711         }
4712
4713         /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4714         if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4715                 return;
4716
4717         if (!walk) {
4718                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4719                 new_gen = lru_gen_from_seq(lruvec->lrugen.max_seq);
4720         }
4721
4722         for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4723                 folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4724                 if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
4725                         continue;
4726
4727                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4728                 if (old_gen < 0 || old_gen == new_gen)
4729                         continue;
4730
4731                 if (walk)
4732                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4733                 else
4734                         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
4735         }
4736
4737         if (!walk)
4738                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4739
4740         mem_cgroup_unlock_pages();
4741 }
4742
4743 /******************************************************************************
4744  *                          the eviction
4745  ******************************************************************************/
4746
4747 static bool sort_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, int tier_idx)
4748 {
4749         bool success;
4750         int gen = folio_lru_gen(folio);
4751         int type = folio_is_file_lru(folio);
4752         int zone = folio_zonenum(folio);
4753         int delta = folio_nr_pages(folio);
4754         int refs = folio_lru_refs(folio);
4755         int tier = lru_tier_from_refs(refs);
4756         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4757
4758         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(gen >= MAX_NR_GENS, folio);
4759
4760         /* unevictable */
4761         if (!folio_evictable(folio)) {
4762                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4763                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4764                 folio_set_unevictable(folio);
4765                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
4766                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, delta);
4767                 return true;
4768         }
4769
4770         /* dirty lazyfree */
4771         if (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_anon(folio) && folio_test_dirty(folio)) {
4772                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4773                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4774                 folio_set_swapbacked(folio);
4775                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
4776                 return true;
4777         }
4778
4779         /* promoted */
4780         if (gen != lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type])) {
4781                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4782                 return true;
4783         }
4784
4785         /* protected */
4786         if (tier > tier_idx) {
4787                 int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4788
4789                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4790                 list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4791
4792                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1],
4793                            lrugen->protected[hist][type][tier - 1] + delta);
4794                 __mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + type, delta);
4795                 return true;
4796         }
4797
4798         /* waiting for writeback */
4799         if (folio_test_locked(folio) || folio_test_writeback(folio) ||
4800             (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_dirty(folio))) {
4801                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, true);
4802                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4803                 return true;
4804         }
4805
4806         return false;
4807 }
4808
4809 static bool isolate_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, struct scan_control *sc)
4810 {
4811         bool success;
4812
4813         /* unmapping inhibited */
4814         if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
4815                 return false;
4816
4817         /* swapping inhibited */
4818         if (!(sc->may_writepage && (sc->gfp_mask & __GFP_IO)) &&
4819             (folio_test_dirty(folio) ||
4820              (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapcache(folio))))
4821                 return false;
4822
4823         /* raced with release_pages() */
4824         if (!folio_try_get(folio))
4825                 return false;
4826
4827         /* raced with another isolation */
4828         if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
4829                 folio_put(folio);
4830                 return false;
4831         }
4832
4833         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
4834         if (!folio_test_referenced(folio))
4835                 set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS, 0);
4836
4837         /* for shrink_folio_list() */
4838         folio_clear_reclaim(folio);
4839         folio_clear_referenced(folio);
4840
4841         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4842         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4843
4844         return true;
4845 }
4846
4847 static int scan_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
4848                        int type, int tier, struct list_head *list)
4849 {
4850         int gen, zone;
4851         enum vm_event_item item;
4852         int sorted = 0;
4853         int scanned = 0;
4854         int isolated = 0;
4855         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4856         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4857         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4858
4859         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(list));
4860
4861         if (get_nr_gens(lruvec, type) == MIN_NR_GENS)
4862                 return 0;
4863
4864         gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4865
4866         for (zone = sc->reclaim_idx; zone >= 0; zone--) {
4867                 LIST_HEAD(moved);
4868                 int skipped = 0;
4869                 struct list_head *head = &lrugen->lists[gen][type][zone];
4870
4871                 while (!list_empty(head)) {
4872                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4873                         int delta = folio_nr_pages(folio);
4874
4875                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4876                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4877                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4878                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4879
4880                         scanned += delta;
4881
4882                         if (sort_folio(lruvec, folio, tier))
4883                                 sorted += delta;
4884                         else if (isolate_folio(lruvec, folio, sc)) {
4885                                 list_add(&folio->lru, list);
4886                                 isolated += delta;
4887                         } else {
4888                                 list_move(&folio->lru, &moved);
4889                                 skipped += delta;
4890                         }
4891
4892                         if (!--remaining || max(isolated, skipped) >= MIN_LRU_BATCH)
4893                                 break;
4894                 }
4895
4896                 if (skipped) {
4897                         list_splice(&moved, head);
4898                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zone, skipped);
4899                 }
4900
4901                 if (!remaining || isolated >= MIN_LRU_BATCH)
4902                         break;
4903         }
4904
4905         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
4906         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
4907                 __count_vm_events(item, isolated);
4908                 __count_vm_events(PGREFILL, sorted);
4909         }
4910         __count_memcg_events(memcg, item, isolated);
4911         __count_memcg_events(memcg, PGREFILL, sorted);
4912         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + type, isolated);
4913
4914         /*
4915          * There might not be eligible pages due to reclaim_idx, may_unmap and
4916          * may_writepage. Check the remaining to prevent livelock if it's not
4917          * making progress.
4918          */
4919         return isolated || !remaining ? scanned : 0;
4920 }
4921
4922 static int get_tier_idx(struct lruvec *lruvec, int type)
4923 {
4924         int tier;
4925         struct ctrl_pos sp, pv;
4926
4927         /*
4928          * To leave a margin for fluctuations, use a larger gain factor (1:2).
4929          * This value is chosen because any other tier would have at least twice
4930          * as many refaults as the first tier.
4931          */
4932         read_ctrl_pos(lruvec, type, 0, 1, &sp);
4933         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4934                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, 2, &pv);
4935                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4936                         break;
4937         }
4938
4939         return tier - 1;
4940 }
4941
4942 static int get_type_to_scan(struct lruvec *lruvec, int swappiness, int *tier_idx)
4943 {
4944         int type, tier;
4945         struct ctrl_pos sp, pv;
4946         int gain[ANON_AND_FILE] = { swappiness, 200 - swappiness };
4947
4948         /*
4949          * Compare the first tier of anon with that of file to determine which
4950          * type to scan. Also need to compare other tiers of the selected type
4951          * with the first tier of the other type to determine the last tier (of
4952          * the selected type) to evict.
4953          */
4954         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_ANON, 0, gain[LRU_GEN_ANON], &sp);
4955         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_FILE, 0, gain[LRU_GEN_FILE], &pv);
4956         type = positive_ctrl_err(&sp, &pv);
4957
4958         read_ctrl_pos(lruvec, !type, 0, gain[!type], &sp);
4959         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4960                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, gain[type], &pv);
4961                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4962                         break;
4963         }
4964
4965         *tier_idx = tier - 1;
4966
4967         return type;
4968 }
4969
4970 static int isolate_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
4971                           int *type_scanned, struct list_head *list)
4972 {
4973         int i;
4974         int type;
4975         int scanned;
4976         int tier = -1;
4977         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4978
4979         /*
4980          * Try to make the obvious choice first. When anon and file are both
4981          * available from the same generation, interpret swappiness 1 as file
4982          * first and 200 as anon first.
4983          */
4984         if (!swappiness)
4985                 type = LRU_GEN_FILE;
4986         else if (min_seq[LRU_GEN_ANON] < min_seq[LRU_GEN_FILE])
4987                 type = LRU_GEN_ANON;
4988         else if (swappiness == 1)
4989                 type = LRU_GEN_FILE;
4990         else if (swappiness == 200)
4991                 type = LRU_GEN_ANON;
4992         else
4993                 type = get_type_to_scan(lruvec, swappiness, &tier);
4994
4995         for (i = !swappiness; i < ANON_AND_FILE; i++) {
4996                 if (tier < 0)
4997                         tier = get_tier_idx(lruvec, type);
4998
4999                 scanned = scan_folios(lruvec, sc, type, tier, list);
5000                 if (scanned)
5001                         break;
5002
5003                 type = !type;
5004                 tier = -1;
5005         }
5006
5007         *type_scanned = type;
5008
5009         return scanned;
5010 }
5011
5012 static int evict_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
5013                         bool *need_swapping)
5014 {
5015         int type;
5016         int scanned;
5017         int reclaimed;
5018         LIST_HEAD(list);
5019         LIST_HEAD(clean);
5020         struct folio *folio;
5021         struct folio *next;
5022         enum vm_event_item item;
5023         struct reclaim_stat stat;
5024         struct lru_gen_mm_walk *walk;
5025         bool skip_retry = false;
5026         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5027         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
5028
5029         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5030
5031         scanned = isolate_folios(lruvec, sc, swappiness, &type, &list);
5032
5033         scanned += try_to_inc_min_seq(lruvec, swappiness);
5034
5035         if (get_nr_gens(lruvec, !swappiness) == MIN_NR_GENS)
5036                 scanned = 0;
5037
5038         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5039
5040         if (list_empty(&list))
5041                 return scanned;
5042 retry:
5043         reclaimed = shrink_folio_list(&list, pgdat, sc, &stat, false);
5044         sc->nr_reclaimed += reclaimed;
5045
5046         list_for_each_entry_safe_reverse(folio, next, &list, lru) {
5047                 if (!folio_evictable(folio)) {
5048                         list_del(&folio->lru);
5049                         folio_putback_lru(folio);
5050                         continue;
5051                 }
5052
5053                 if (folio_test_reclaim(folio) &&
5054                     (folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio))) {
5055                         /* restore LRU_REFS_FLAGS cleared by isolate_folio() */
5056                         if (folio_test_workingset(folio))
5057                                 folio_set_referenced(folio);
5058                         continue;
5059                 }
5060
5061                 if (skip_retry || folio_test_active(folio) || folio_test_referenced(folio) ||
5062                     folio_mapped(folio) || folio_test_locked(folio) ||
5063                     folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio)) {
5064                         /* don't add rejected folios to the oldest generation */
5065                         set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS,
5066                                       BIT(PG_active));
5067                         continue;
5068                 }
5069
5070                 /* retry folios that may have missed folio_rotate_reclaimable() */
5071                 list_move(&folio->lru, &clean);
5072                 sc->nr_scanned -= folio_nr_pages(folio);
5073         }
5074
5075         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5076
5077         move_folios_to_lru(lruvec, &list);
5078
5079         walk = current->reclaim_state->mm_walk;
5080         if (walk && walk->batched)
5081                 reset_batch_size(lruvec, walk);
5082
5083         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
5084         if (!cgroup_reclaim(sc))
5085                 __count_vm_events(item, reclaimed);
5086         __count_memcg_events(memcg, item, reclaimed);
5087         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + type, reclaimed);
5088
5089         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5090
5091         mem_cgroup_uncharge_list(&list);
5092         free_unref_page_list(&list);
5093
5094         INIT_LIST_HEAD(&list);
5095         list_splice_init(&clean, &list);
5096
5097         if (!list_empty(&list)) {
5098                 skip_retry = true;
5099                 goto retry;
5100         }
5101
5102         if (need_swapping && type == LRU_GEN_ANON)
5103                 *need_swapping = true;
5104
5105         return scanned;
5106 }
5107
5108 /*
5109  * For future optimizations:
5110  * 1. Defer try_to_inc_max_seq() to workqueues to reduce latency for memcg
5111  *    reclaim.
5112  */
5113 static unsigned long get_nr_to_scan(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
5114                                     bool can_swap, bool *need_aging)
5115 {
5116         unsigned long nr_to_scan;
5117         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5118         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5119         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5120
5121         if (mem_cgroup_below_min(sc->target_mem_cgroup, memcg) ||
5122             (mem_cgroup_below_low(sc->target_mem_cgroup, memcg) &&
5123              !sc->memcg_low_reclaim))
5124                 return 0;
5125
5126         *need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, can_swap, &nr_to_scan);
5127         if (!*need_aging)
5128                 return nr_to_scan;
5129
5130         /* skip the aging path at the default priority */
5131         if (sc->priority == DEF_PRIORITY)
5132                 goto done;
5133
5134         /* leave the work to lru_gen_age_node() */
5135         if (current_is_kswapd())
5136                 return 0;
5137
5138         if (try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, false))
5139                 return nr_to_scan;
5140 done:
5141         return min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS <= max_seq ? nr_to_scan : 0;
5142 }
5143
5144 static bool should_abort_scan(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq,
5145                               struct scan_control *sc, bool need_swapping)
5146 {
5147         int i;
5148         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5149
5150         if (!current_is_kswapd()) {
5151                 /* age each memcg at most once to ensure fairness */
5152                 if (max_seq - seq > 1)
5153                         return true;
5154
5155                 /* over-swapping can increase allocation latency */
5156                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim && need_swapping)
5157                         return true;
5158
5159                 /* give this thread a chance to exit and free its memory */
5160                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5161                         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5162                         return true;
5163                 }
5164
5165                 if (cgroup_reclaim(sc))
5166                         return false;
5167         } else if (sc->nr_reclaimed - sc->last_reclaimed < sc->nr_to_reclaim)
5168                 return false;
5169
5170         /* keep scanning at low priorities to ensure fairness */
5171         if (sc->priority > DEF_PRIORITY - 2)
5172                 return false;
5173
5174         /*
5175          * A minimum amount of work was done under global memory pressure. For
5176          * kswapd, it may be overshooting. For direct reclaim, the allocation
5177          * may succeed if all suitable zones are somewhat safe. In either case,
5178          * it's better to stop now, and restart later if necessary.
5179          */
5180         for (i = 0; i <= sc->reclaim_idx; i++) {
5181                 unsigned long wmark;
5182                 struct zone *zone = lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones + i;
5183
5184                 if (!managed_zone(zone))
5185                         continue;
5186
5187                 wmark = current_is_kswapd() ? high_wmark_pages(zone) : low_wmark_pages(zone);
5188                 if (wmark > zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES))
5189                         return false;
5190         }
5191
5192         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5193
5194         return true;
5195 }
5196
5197 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5198 {
5199         struct blk_plug plug;
5200         bool need_aging = false;
5201         bool need_swapping = false;
5202         unsigned long scanned = 0;
5203         unsigned long reclaimed = sc->nr_reclaimed;
5204         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5205
5206         lru_add_drain();
5207
5208         blk_start_plug(&plug);
5209
5210         set_mm_walk(lruvec_pgdat(lruvec));
5211
5212         while (true) {
5213                 int delta;
5214                 int swappiness;
5215                 unsigned long nr_to_scan;
5216
5217                 if (sc->may_swap)
5218                         swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5219                 else if (!cgroup_reclaim(sc) && get_swappiness(lruvec, sc))
5220                         swappiness = 1;
5221                 else
5222                         swappiness = 0;
5223
5224                 nr_to_scan = get_nr_to_scan(lruvec, sc, swappiness, &need_aging);
5225                 if (!nr_to_scan)
5226                         goto done;
5227
5228                 delta = evict_folios(lruvec, sc, swappiness, &need_swapping);
5229                 if (!delta)
5230                         goto done;
5231
5232                 scanned += delta;
5233                 if (scanned >= nr_to_scan)
5234                         break;
5235
5236                 if (should_abort_scan(lruvec, max_seq, sc, need_swapping))
5237                         break;
5238
5239                 cond_resched();
5240         }
5241
5242         /* see the comment in lru_gen_age_node() */
5243         if (sc->nr_reclaimed - reclaimed >= MIN_LRU_BATCH && !need_aging)
5244                 sc->memcgs_need_aging = false;
5245 done:
5246         clear_mm_walk();
5247
5248         blk_finish_plug(&plug);
5249 }
5250
5251 /******************************************************************************
5252  *                          state change
5253  ******************************************************************************/
5254
5255 static bool __maybe_unused state_is_valid(struct lruvec *lruvec)
5256 {
5257         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5258
5259         if (lrugen->enabled) {
5260                 enum lru_list lru;
5261
5262                 for_each_evictable_lru(lru) {
5263                         if (!list_empty(&lruvec->lists[lru]))
5264                                 return false;
5265                 }
5266         } else {
5267                 int gen, type, zone;
5268
5269                 for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5270                         if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
5271                                 return false;
5272                 }
5273         }
5274
5275         return true;
5276 }
5277
5278 static bool fill_evictable(struct lruvec *lruvec)
5279 {
5280         enum lru_list lru;
5281         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5282
5283         for_each_evictable_lru(lru) {
5284                 int type = is_file_lru(lru);
5285                 bool active = is_active_lru(lru);
5286                 struct list_head *head = &lruvec->lists[lru];
5287
5288                 while (!list_empty(head)) {
5289                         bool success;
5290                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5291
5292                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5293                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio) != active, folio);
5294                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5295                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_lru_gen(folio) != -1, folio);
5296
5297                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
5298                         success = lru_gen_add_folio(lruvec, folio, false);
5299                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5300
5301                         if (!--remaining)
5302                                 return false;
5303                 }
5304         }
5305
5306         return true;
5307 }
5308
5309 static bool drain_evictable(struct lruvec *lruvec)
5310 {
5311         int gen, type, zone;
5312         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5313
5314         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5315                 struct list_head *head = &lruvec->lrugen.lists[gen][type][zone];
5316
5317                 while (!list_empty(head)) {
5318                         bool success;
5319                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5320
5321                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5322                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
5323                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5324                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
5325
5326                         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, false);
5327                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5328                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
5329
5330                         if (!--remaining)
5331                                 return false;
5332                 }
5333         }
5334
5335         return true;
5336 }
5337
5338 static void lru_gen_change_state(bool enabled)
5339 {
5340         static DEFINE_MUTEX(state_mutex);
5341
5342         struct mem_cgroup *memcg;
5343
5344         cgroup_lock();
5345         cpus_read_lock();
5346         get_online_mems();
5347         mutex_lock(&state_mutex);
5348
5349         if (enabled == lru_gen_enabled())
5350                 goto unlock;
5351
5352         if (enabled)
5353                 static_branch_enable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5354         else
5355                 static_branch_disable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5356
5357         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5358         do {
5359                 int nid;
5360
5361                 for_each_node(nid) {
5362                         struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5363
5364                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5365
5366                         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
5367                         VM_WARN_ON_ONCE(!state_is_valid(lruvec));
5368
5369                         lruvec->lrugen.enabled = enabled;
5370
5371                         while (!(enabled ? fill_evictable(lruvec) : drain_evictable(lruvec))) {
5372                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5373                                 cond_resched();
5374                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5375                         }
5376
5377                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5378                 }
5379
5380                 cond_resched();
5381         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5382 unlock:
5383         mutex_unlock(&state_mutex);
5384         put_online_mems();
5385         cpus_read_unlock();
5386         cgroup_unlock();
5387 }
5388
5389 /******************************************************************************
5390  *                          sysfs interface
5391  ******************************************************************************/
5392
5393 static ssize_t show_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5394 {
5395         return sprintf(buf, "%u\n", jiffies_to_msecs(READ_ONCE(lru_gen_min_ttl)));
5396 }
5397
5398 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5399 static ssize_t store_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5400                              const char *buf, size_t len)
5401 {
5402         unsigned int msecs;
5403
5404         if (kstrtouint(buf, 0, &msecs))
5405                 return -EINVAL;
5406
5407         WRITE_ONCE(lru_gen_min_ttl, msecs_to_jiffies(msecs));
5408
5409         return len;
5410 }
5411
5412 static struct kobj_attribute lru_gen_min_ttl_attr = __ATTR(
5413         min_ttl_ms, 0644, show_min_ttl, store_min_ttl
5414 );
5415
5416 static ssize_t show_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5417 {
5418         unsigned int caps = 0;
5419
5420         if (get_cap(LRU_GEN_CORE))
5421                 caps |= BIT(LRU_GEN_CORE);
5422
5423         if (arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))
5424                 caps |= BIT(LRU_GEN_MM_WALK);
5425
5426         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() && get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
5427                 caps |= BIT(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG);
5428
5429         return sysfs_emit(buf, "0x%04x\n", caps);
5430 }
5431
5432 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5433 static ssize_t store_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5434                              const char *buf, size_t len)
5435 {
5436         int i;
5437         unsigned int caps;
5438
5439         if (tolower(*buf) == 'n')
5440                 caps = 0;
5441         else if (tolower(*buf) == 'y')
5442                 caps = -1;
5443         else if (kstrtouint(buf, 0, &caps))
5444                 return -EINVAL;
5445
5446         for (i = 0; i < NR_LRU_GEN_CAPS; i++) {
5447                 bool enabled = caps & BIT(i);
5448
5449                 if (i == LRU_GEN_CORE)
5450                         lru_gen_change_state(enabled);
5451                 else if (enabled)
5452                         static_branch_enable(&lru_gen_caps[i]);
5453                 else
5454                         static_branch_disable(&lru_gen_caps[i]);
5455         }
5456
5457         return len;
5458 }
5459
5460 static struct kobj_attribute lru_gen_enabled_attr = __ATTR(
5461         enabled, 0644, show_enabled, store_enabled
5462 );
5463
5464 static struct attribute *lru_gen_attrs[] = {
5465         &lru_gen_min_ttl_attr.attr,
5466         &lru_gen_enabled_attr.attr,
5467         NULL
5468 };
5469
5470 static struct attribute_group lru_gen_attr_group = {
5471         .name = "lru_gen",
5472         .attrs = lru_gen_attrs,
5473 };
5474
5475 /******************************************************************************
5476  *                          debugfs interface
5477  ******************************************************************************/
5478
5479 static void *lru_gen_seq_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
5480 {
5481         struct mem_cgroup *memcg;
5482         loff_t nr_to_skip = *pos;
5483
5484         m->private = kvmalloc(PATH_MAX, GFP_KERNEL);
5485         if (!m->private)
5486                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
5487
5488         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5489         do {
5490                 int nid;
5491
5492                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5493                         if (!nr_to_skip--)
5494                                 return get_lruvec(memcg, nid);
5495                 }
5496         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5497
5498         return NULL;
5499 }
5500
5501 static void lru_gen_seq_stop(struct seq_file *m, void *v)
5502 {
5503         if (!IS_ERR_OR_NULL(v))
5504                 mem_cgroup_iter_break(NULL, lruvec_memcg(v));
5505
5506         kvfree(m->private);
5507         m->private = NULL;
5508 }
5509
5510 static void *lru_gen_seq_next(struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos)
5511 {
5512         int nid = lruvec_pgdat(v)->node_id;
5513         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(v);
5514
5515         ++*pos;
5516
5517         nid = next_memory_node(nid);
5518         if (nid == MAX_NUMNODES) {
5519                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
5520                 if (!memcg)
5521                         return NULL;
5522
5523                 nid = first_memory_node;
5524         }
5525
5526         return get_lruvec(memcg, nid);
5527 }
5528
5529 static void lru_gen_seq_show_full(struct seq_file *m, struct lruvec *lruvec,
5530                                   unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
5531                                   unsigned long seq)
5532 {
5533         int i;
5534         int type, tier;
5535         int hist = lru_hist_from_seq(seq);
5536         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5537
5538         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
5539                 seq_printf(m, "            %10d", tier);
5540                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5541                         const char *s = "   ";
5542                         unsigned long n[3] = {};
5543
5544                         if (seq == max_seq) {
5545                                 s = "RT ";
5546                                 n[0] = READ_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier]);
5547                                 n[1] = READ_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier]);
5548                         } else if (seq == min_seq[type] || NR_HIST_GENS > 1) {
5549                                 s = "rep";
5550                                 n[0] = atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
5551                                 n[1] = atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
5552                                 if (tier)
5553                                         n[2] = READ_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1]);
5554                         }
5555
5556                         for (i = 0; i < 3; i++)
5557                                 seq_printf(m, " %10lu%c", n[i], s[i]);
5558                 }
5559                 seq_putc(m, '\n');
5560         }
5561
5562         seq_puts(m, "                      ");
5563         for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
5564                 const char *s = "      ";
5565                 unsigned long n = 0;
5566
5567                 if (seq == max_seq && NR_HIST_GENS == 1) {
5568                         s = "LOYNFA";
5569                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5570                 } else if (seq != max_seq && NR_HIST_GENS > 1) {
5571                         s = "loynfa";
5572                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5573                 }
5574
5575                 seq_printf(m, " %10lu%c", n, s[i]);
5576         }
5577         seq_putc(m, '\n');
5578 }
5579
5580 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5581 static int lru_gen_seq_show(struct seq_file *m, void *v)
5582 {
5583         unsigned long seq;
5584         bool full = !debugfs_real_fops(m->file)->write;
5585         struct lruvec *lruvec = v;
5586         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5587         int nid = lruvec_pgdat(lruvec)->node_id;
5588         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5589         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5590         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5591
5592         if (nid == first_memory_node) {
5593                 const char *path = memcg ? m->private : "";
5594
5595 #ifdef CONFIG_MEMCG
5596                 if (memcg)
5597                         cgroup_path(memcg->css.cgroup, m->private, PATH_MAX);
5598 #endif
5599                 seq_printf(m, "memcg %5hu %s\n", mem_cgroup_id(memcg), path);
5600         }
5601
5602         seq_printf(m, " node %5d\n", nid);
5603
5604         if (!full)
5605                 seq = min_seq[LRU_GEN_ANON];
5606         else if (max_seq >= MAX_NR_GENS)
5607                 seq = max_seq - MAX_NR_GENS + 1;
5608         else
5609                 seq = 0;
5610
5611         for (; seq <= max_seq; seq++) {
5612                 int type, zone;
5613                 int gen = lru_gen_from_seq(seq);
5614                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
5615
5616                 seq_printf(m, " %10lu %10u", seq, jiffies_to_msecs(jiffies - birth));
5617
5618                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5619                         unsigned long size = 0;
5620                         char mark = full && seq < min_seq[type] ? 'x' : ' ';
5621
5622                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
5623                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
5624
5625                         seq_printf(m, " %10lu%c", size, mark);
5626                 }
5627
5628                 seq_putc(m, '\n');
5629
5630                 if (full)
5631                         lru_gen_seq_show_full(m, lruvec, max_seq, min_seq, seq);
5632         }
5633
5634         return 0;
5635 }
5636
5637 static const struct seq_operations lru_gen_seq_ops = {
5638         .start = lru_gen_seq_start,
5639         .stop = lru_gen_seq_stop,
5640         .next = lru_gen_seq_next,
5641         .show = lru_gen_seq_show,
5642 };
5643
5644 static int run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5645                      bool can_swap, bool force_scan)
5646 {
5647         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5648         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5649
5650         if (seq < max_seq)
5651                 return 0;
5652
5653         if (seq > max_seq)
5654                 return -EINVAL;
5655
5656         if (!force_scan && min_seq[!can_swap] + MAX_NR_GENS - 1 <= max_seq)
5657                 return -ERANGE;
5658
5659         try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, force_scan);
5660
5661         return 0;
5662 }
5663
5664 static int run_eviction(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5665                         int swappiness, unsigned long nr_to_reclaim)
5666 {
5667         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5668
5669         if (seq + MIN_NR_GENS > max_seq)
5670                 return -EINVAL;
5671
5672         sc->nr_reclaimed = 0;
5673
5674         while (!signal_pending(current)) {
5675                 DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5676
5677                 if (seq < min_seq[!swappiness])
5678                         return 0;
5679
5680                 if (sc->nr_reclaimed >= nr_to_reclaim)
5681                         return 0;
5682
5683                 if (!evict_folios(lruvec, sc, swappiness, NULL))
5684                         return 0;
5685
5686                 cond_resched();
5687         }
5688
5689         return -EINTR;
5690 }
5691
5692 static int run_cmd(char cmd, int memcg_id, int nid, unsigned long seq,
5693                    struct scan_control *sc, int swappiness, unsigned long opt)
5694 {
5695         struct lruvec *lruvec;
5696         int err = -EINVAL;
5697         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
5698
5699         if (nid < 0 || nid >= MAX_NUMNODES || !node_state(nid, N_MEMORY))
5700                 return -EINVAL;
5701
5702         if (!mem_cgroup_disabled()) {
5703                 rcu_read_lock();
5704                 memcg = mem_cgroup_from_id(memcg_id);
5705 #ifdef CONFIG_MEMCG
5706                 if (memcg && !css_tryget(&memcg->css))
5707                         memcg = NULL;
5708 #endif
5709                 rcu_read_unlock();
5710
5711                 if (!memcg)
5712                         return -EINVAL;
5713         }
5714
5715         if (memcg_id != mem_cgroup_id(memcg))
5716                 goto done;
5717
5718         lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5719
5720         if (swappiness < 0)
5721                 swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5722         else if (swappiness > 200)
5723                 goto done;
5724
5725         switch (cmd) {
5726         case '+':
5727                 err = run_aging(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5728                 break;
5729         case '-':
5730                 err = run_eviction(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5731                 break;
5732         }
5733 done:
5734         mem_cgroup_put(memcg);
5735
5736         return err;
5737 }
5738
5739 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5740 static ssize_t lru_gen_seq_write(struct file *file, const char __user *src,
5741                                  size_t len, loff_t *pos)
5742 {
5743         void *buf;
5744         char *cur, *next;
5745         unsigned int flags;
5746         struct blk_plug plug;
5747         int err = -EINVAL;
5748         struct scan_control sc = {
5749                 .may_writepage = true,
5750                 .may_unmap = true,
5751                 .may_swap = true,
5752                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
5753                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
5754         };
5755
5756         buf = kvmalloc(len + 1, GFP_KERNEL);
5757         if (!buf)
5758                 return -ENOMEM;
5759
5760         if (copy_from_user(buf, src, len)) {
5761                 kvfree(buf);
5762                 return -EFAULT;
5763         }
5764
5765         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
5766         flags = memalloc_noreclaim_save();
5767         blk_start_plug(&plug);
5768         if (!set_mm_walk(NULL)) {
5769                 err = -ENOMEM;
5770                 goto done;
5771         }
5772
5773         next = buf;
5774         next[len] = '\0';
5775
5776         while ((cur = strsep(&next, ",;\n"))) {
5777                 int n;
5778                 int end;
5779                 char cmd;
5780                 unsigned int memcg_id;
5781                 unsigned int nid;
5782                 unsigned long seq;
5783                 unsigned int swappiness = -1;
5784                 unsigned long opt = -1;
5785
5786                 cur = skip_spaces(cur);
5787                 if (!*cur)
5788                         continue;
5789
5790                 n = sscanf(cur, "%c %u %u %lu %n %u %n %lu %n", &cmd, &memcg_id, &nid,
5791                            &seq, &end, &swappiness, &end, &opt, &end);
5792                 if (n < 4 || cur[end]) {
5793                         err = -EINVAL;
5794                         break;
5795                 }
5796
5797                 err = run_cmd(cmd, memcg_id, nid, seq, &sc, swappiness, opt);
5798                 if (err)
5799                         break;
5800         }
5801 done:
5802         clear_mm_walk();
5803         blk_finish_plug(&plug);
5804         memalloc_noreclaim_restore(flags);
5805         set_task_reclaim_state(current, NULL);
5806
5807         kvfree(buf);
5808
5809         return err ? : len;
5810 }
5811
5812 static int lru_gen_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
5813 {
5814         return seq_open(file, &lru_gen_seq_ops);
5815 }
5816
5817 static const struct file_operations lru_gen_rw_fops = {
5818         .open = lru_gen_seq_open,
5819         .read = seq_read,
5820         .write = lru_gen_seq_write,
5821         .llseek = seq_lseek,
5822         .release = seq_release,
5823 };
5824
5825 static const struct file_operations lru_gen_ro_fops = {
5826         .open = lru_gen_seq_open,
5827         .read = seq_read,
5828         .llseek = seq_lseek,
5829         .release = seq_release,
5830 };
5831
5832 /******************************************************************************
5833  *                          initialization
5834  ******************************************************************************/
5835
5836 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
5837 {
5838         int i;
5839         int gen, type, zone;
5840         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5841
5842         lrugen->max_seq = MIN_NR_GENS + 1;
5843         lrugen->enabled = lru_gen_enabled();
5844
5845         for (i = 0; i <= MIN_NR_GENS + 1; i++)
5846                 lrugen->timestamps[i] = jiffies;
5847
5848         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)
5849                 INIT_LIST_HEAD(&lrugen->lists[gen][type][zone]);
5850
5851         lruvec->mm_state.seq = MIN_NR_GENS;
5852         init_waitqueue_head(&lruvec->mm_state.wait);
5853 }
5854
5855 #ifdef CONFIG_MEMCG
5856 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5857 {
5858         INIT_LIST_HEAD(&memcg->mm_list.fifo);
5859         spin_lock_init(&memcg->mm_list.lock);
5860 }
5861
5862 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5863 {
5864         int i;
5865         int nid;
5866
5867         for_each_node(nid) {
5868                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5869
5870                 VM_WARN_ON_ONCE(memchr_inv(lruvec->lrugen.nr_pages, 0,
5871                                            sizeof(lruvec->lrugen.nr_pages)));
5872
5873                 for (i = 0; i < NR_BLOOM_FILTERS; i++) {
5874                         bitmap_free(lruvec->mm_state.filters[i]);
5875                         lruvec->mm_state.filters[i] = NULL;
5876                 }
5877         }
5878 }
5879 #endif
5880
5881 static int __init init_lru_gen(void)
5882 {
5883         BUILD_BUG_ON(MIN_NR_GENS + 1 >= MAX_NR_GENS);
5884         BUILD_BUG_ON(BIT(LRU_GEN_WIDTH) <= MAX_NR_GENS);
5885
5886         if (sysfs_create_group(mm_kobj, &lru_gen_attr_group))
5887                 pr_err("lru_gen: failed to create sysfs group\n");
5888
5889         debugfs_create_file("lru_gen", 0644, NULL, NULL, &lru_gen_rw_fops);
5890         debugfs_create_file("lru_gen_full", 0444, NULL, NULL, &lru_gen_ro_fops);
5891
5892         return 0;
5893 };
5894 late_initcall(init_lru_gen);
5895
5896 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
5897
5898 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
5899 {
5900 }
5901
5902 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5903 {
5904 }
5905
5906 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
5907
5908 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5909 {
5910         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
5911         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
5912         unsigned long nr_to_scan;
5913         enum lru_list lru;
5914         unsigned long nr_reclaimed = 0;
5915         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
5916         bool proportional_reclaim;
5917         struct blk_plug plug;
5918
5919         if (lru_gen_enabled()) {
5920                 lru_gen_shrink_lruvec(lruvec, sc);
5921                 return;
5922         }
5923
5924         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
5925
5926         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
5927         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
5928
5929         /*
5930          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
5931          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
5932          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
5933          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
5934          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
5935          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
5936          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
5937          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
5938          * dropped to zero at the first pass.
5939          */
5940         proportional_reclaim = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
5941                                 sc->priority == DEF_PRIORITY);
5942
5943         blk_start_plug(&plug);
5944         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
5945                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
5946                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
5947                 unsigned long nr_scanned;
5948
5949                 for_each_evictable_lru(lru) {
5950                         if (nr[lru]) {
5951                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
5952                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
5953
5954                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
5955                                                             lruvec, sc);
5956                         }
5957                 }
5958
5959                 cond_resched();
5960
5961                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || proportional_reclaim)
5962                         continue;
5963
5964                 /*
5965                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
5966                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
5967                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
5968                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
5969                  * proportional to the original scan target.
5970                  */
5971                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
5972                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
5973
5974                 /*
5975                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
5976                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
5977                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
5978                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
5979                  */
5980                 if (!nr_file || !nr_anon)
5981                         break;
5982
5983                 if (nr_file > nr_anon) {
5984                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
5985                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
5986                         lru = LRU_BASE;
5987                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
5988                 } else {
5989                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
5990                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
5991                         lru = LRU_FILE;
5992                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
5993                 }
5994
5995                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
5996                 nr[lru] = 0;
5997                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
5998
5999                 /*
6000                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
6001                  * scan target and the percentage scanning already complete
6002                  */
6003                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
6004                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6005                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6006                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6007
6008                 lru += LRU_ACTIVE;
6009                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6010                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6011                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6012         }
6013         blk_finish_plug(&plug);
6014         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
6015
6016         /*
6017          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
6018          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
6019          */
6020         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
6021             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6022                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6023                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6024 }
6025
6026 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
6027 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
6028 {
6029         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
6030                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
6031                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
6032                 return true;
6033
6034         return false;
6035 }
6036
6037 /*
6038  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
6039  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
6040  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
6041  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
6042  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
6043  */
6044 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
6045                                         unsigned long nr_reclaimed,
6046                                         struct scan_control *sc)
6047 {
6048         unsigned long pages_for_compaction;
6049         unsigned long inactive_lru_pages;
6050         int z;
6051
6052         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
6053         if (!in_reclaim_compaction(sc))
6054                 return false;
6055
6056         /*
6057          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
6058          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
6059          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
6060          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
6061          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
6062          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
6063          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
6064          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
6065          */
6066         if (!nr_reclaimed)
6067                 return false;
6068
6069         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
6070         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6071                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
6072                 if (!managed_zone(zone))
6073                         continue;
6074
6075                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
6076                 case COMPACT_SUCCESS:
6077                 case COMPACT_CONTINUE:
6078                         return false;
6079                 default:
6080                         /* check next zone */
6081                         ;
6082                 }
6083         }
6084
6085         /*
6086          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
6087          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
6088          */
6089         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
6090         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
6091         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
6092                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
6093
6094         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
6095 }
6096
6097 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6098 {
6099         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
6100         struct mem_cgroup *memcg;
6101
6102         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
6103         do {
6104                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6105                 unsigned long reclaimed;
6106                 unsigned long scanned;
6107
6108                 /*
6109                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
6110                  * aren't eligible for reclaim - either because they
6111                  * don't have any reclaimable pages, or because their
6112                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
6113                  */
6114                 cond_resched();
6115
6116                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
6117
6118                 if (mem_cgroup_below_min(target_memcg, memcg)) {
6119                         /*
6120                          * Hard protection.
6121                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
6122                          */
6123                         continue;
6124                 } else if (mem_cgroup_below_low(target_memcg, memcg)) {
6125                         /*
6126                          * Soft protection.
6127                          * Respect the protection only as long as
6128                          * there is an unprotected supply
6129                          * of reclaimable memory from other cgroups.
6130                          */
6131                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
6132                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
6133                                 continue;
6134                         }
6135                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
6136                 }
6137
6138                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6139                 scanned = sc->nr_scanned;
6140
6141                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
6142
6143                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
6144                             sc->priority);
6145
6146                 /* Record the group's reclaim efficiency */
6147                 if (!sc->proactive)
6148                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
6149                                    sc->nr_scanned - scanned,
6150                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
6151
6152         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
6153 }
6154
6155 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6156 {
6157         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
6158         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
6159         struct lruvec *target_lruvec;
6160         bool reclaimable = false;
6161
6162         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
6163
6164 again:
6165         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
6166
6167         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6168         nr_scanned = sc->nr_scanned;
6169
6170         prepare_scan_count(pgdat, sc);
6171
6172         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
6173
6174         if (reclaim_state) {
6175                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
6176                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
6177         }
6178
6179         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
6180         if (!sc->proactive)
6181                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
6182                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
6183                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
6184
6185         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
6186                 reclaimable = true;
6187
6188         if (current_is_kswapd()) {
6189                 /*
6190                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
6191                  * it implies that the long-lived page allocation rate
6192                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
6193                  * global limits are not being effective at throttling
6194                  * processes due to the page distribution throughout
6195                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
6196                  * device. The only option is to throttle from reclaim
6197                  * context which is not ideal as there is no guarantee
6198                  * the dirtying process is throttled in the same way
6199                  * balance_dirty_pages() manages.
6200                  *
6201                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
6202                  * count the number of pages under pages flagged for
6203                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
6204                  * in the nr_immediate check below.
6205                  */
6206                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
6207                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6208
6209                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
6210                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
6211                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6212
6213                 /*
6214                  * If kswapd scans pages marked for immediate
6215                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
6216                  * implies that pages are cycling through the LRU
6217                  * faster than they are written so forcibly stall
6218                  * until some pages complete writeback.
6219                  */
6220                 if (sc->nr.immediate)
6221                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
6222         }
6223
6224         /*
6225          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
6226          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
6227          *
6228          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
6229          * stalling in reclaim_throttle().
6230          */
6231         if ((current_is_kswapd() ||
6232              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
6233             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
6234                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
6235
6236         /*
6237          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
6238          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
6239          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
6240          * the LRU too quickly.
6241          */
6242         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
6243             !sc->hibernation_mode &&
6244             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
6245                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED);
6246
6247         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
6248                                     sc))
6249                 goto again;
6250
6251         /*
6252          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
6253          * many failures to reclaim anything from them and goes to
6254          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
6255          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
6256          */
6257         if (reclaimable)
6258                 pgdat->kswapd_failures = 0;
6259 }
6260
6261 /*
6262  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
6263  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
6264  * should reclaim first.
6265  */
6266 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
6267 {
6268         unsigned long watermark;
6269         enum compact_result suitable;
6270
6271         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
6272         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
6273                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
6274                 return true;
6275         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
6276                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
6277                 return false;
6278
6279         /*
6280          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
6281          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
6282          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
6283          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
6284          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
6285          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
6286          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
6287          */
6288         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
6289
6290         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
6291 }
6292
6293 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6294 {
6295         /*
6296          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
6297          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
6298          */
6299         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
6300                 wait_queue_head_t *wqh;
6301
6302                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
6303                 if (waitqueue_active(wqh))
6304                         wake_up(wqh);
6305
6306                 return;
6307         }
6308
6309         /*
6310          * Do not throttle kswapd or cgroup reclaim on NOPROGRESS as it will
6311          * throttle on VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages
6312          * under writeback and marked for immediate reclaim at the tail of the
6313          * LRU.
6314          */
6315         if (current_is_kswapd() || cgroup_reclaim(sc))
6316                 return;
6317
6318         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
6319         if (sc->priority == 1 && !sc->nr_reclaimed)
6320                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
6321 }
6322
6323 /*
6324  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
6325  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
6326  * request.
6327  *
6328  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
6329  * scan then give up on it.
6330  */
6331 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
6332 {
6333         struct zoneref *z;
6334         struct zone *zone;
6335         unsigned long nr_soft_reclaimed;
6336         unsigned long nr_soft_scanned;
6337         gfp_t orig_mask;
6338         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
6339         pg_data_t *first_pgdat = NULL;
6340
6341         /*
6342          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
6343          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
6344          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
6345          */
6346         orig_mask = sc->gfp_mask;
6347         if (buffer_heads_over_limit) {
6348                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
6349                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
6350         }
6351
6352         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6353                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
6354                 /*
6355                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
6356                  * to global LRU.
6357                  */
6358                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
6359                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
6360                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
6361                                 continue;
6362
6363                         /*
6364                          * If we already have plenty of memory free for
6365                          * compaction in this zone, don't free any more.
6366                          * Even though compaction is invoked for any
6367                          * non-zero order, only frequent costly order
6368                          * reclamation is disruptive enough to become a
6369                          * noticeable problem, like transparent huge
6370                          * page allocations.
6371                          */
6372                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
6373                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
6374                             compaction_ready(zone, sc)) {
6375                                 sc->compaction_ready = true;
6376                                 continue;
6377                         }
6378
6379                         /*
6380                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
6381                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
6382                          * node may be shrunk multiple times but in that case
6383                          * the user prefers lower zones being preserved.
6384                          */
6385                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6386                                 continue;
6387
6388                         /*
6389                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
6390                          * and returns the number of reclaimed pages and
6391                          * scanned pages. This works for global memory pressure
6392                          * and balancing, not for a memcg's limit.
6393                          */
6394                         nr_soft_scanned = 0;
6395                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
6396                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
6397                                                 &nr_soft_scanned);
6398                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
6399                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
6400                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
6401                 }
6402
6403                 if (!first_pgdat)
6404                         first_pgdat = zone->zone_pgdat;
6405
6406                 /* See comment about same check for global reclaim above */
6407                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6408                         continue;
6409                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6410                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
6411         }
6412
6413         if (first_pgdat)
6414                 consider_reclaim_throttle(first_pgdat, sc);
6415
6416         /*
6417          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
6418          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
6419          */
6420         sc->gfp_mask = orig_mask;
6421 }
6422
6423 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
6424 {
6425         struct lruvec *target_lruvec;
6426         unsigned long refaults;
6427
6428         if (lru_gen_enabled())
6429                 return;
6430
6431         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
6432         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
6433         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] = refaults;
6434         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
6435         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] = refaults;
6436 }
6437
6438 /*
6439  * This is the main entry point to direct page reclaim.
6440  *
6441  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
6442  * are "out of memory" and something needs to be killed.
6443  *
6444  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
6445  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
6446  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
6447  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
6448  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
6449  * work, and the allocation attempt will fail.
6450  *
6451  * returns:     0, if no pages reclaimed
6452  *              else, the number of pages reclaimed
6453  */
6454 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
6455                                           struct scan_control *sc)
6456 {
6457         int initial_priority = sc->priority;
6458         pg_data_t *last_pgdat;
6459         struct zoneref *z;
6460         struct zone *zone;
6461 retry:
6462         delayacct_freepages_start();
6463
6464         if (!cgroup_reclaim(sc))
6465                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
6466
6467         do {
6468                 if (!sc->proactive)
6469                         vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
6470                                         sc->priority);
6471                 sc->nr_scanned = 0;
6472                 shrink_zones(zonelist, sc);
6473
6474                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
6475                         break;
6476
6477                 if (sc->compaction_ready)
6478                         break;
6479
6480                 /*
6481                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
6482                  * writepage even in laptop mode.
6483                  */
6484                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
6485                         sc->may_writepage = 1;
6486         } while (--sc->priority >= 0);
6487
6488         last_pgdat = NULL;
6489         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
6490                                         sc->nodemask) {
6491                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6492                         continue;
6493                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6494
6495                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
6496
6497                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
6498                         struct lruvec *lruvec;
6499
6500                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
6501                                                    zone->zone_pgdat);
6502                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6503                 }
6504         }
6505
6506         delayacct_freepages_end();
6507
6508         if (sc->nr_reclaimed)
6509                 return sc->nr_reclaimed;
6510
6511         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
6512         if (sc->compaction_ready)
6513                 return 1;
6514
6515         /*
6516          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
6517          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
6518          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
6519          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
6520          * instead of doing costly eligibility calculations of the
6521          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
6522          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
6523          */
6524         if (sc->skipped_deactivate) {
6525                 sc->priority = initial_priority;
6526                 sc->force_deactivate = 1;
6527                 sc->skipped_deactivate = 0;
6528                 goto retry;
6529         }
6530
6531         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
6532         if (sc->memcg_low_skipped) {
6533                 sc->priority = initial_priority;
6534                 sc->force_deactivate = 0;
6535                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
6536                 sc->memcg_low_skipped = 0;
6537                 goto retry;
6538         }
6539
6540         return 0;
6541 }
6542
6543 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
6544 {
6545         struct zone *zone;
6546         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
6547         unsigned long free_pages = 0;
6548         int i;
6549         bool wmark_ok;
6550
6551         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6552                 return true;
6553
6554         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
6555                 zone = &pgdat->node_zones[i];
6556                 if (!managed_zone(zone))
6557                         continue;
6558
6559                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
6560                         continue;
6561
6562                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
6563                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6564         }
6565
6566         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
6567         if (!pfmemalloc_reserve)
6568                 return true;
6569
6570         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
6571
6572         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
6573         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
6574                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
6575                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
6576
6577                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
6578         }
6579
6580         return wmark_ok;
6581 }
6582
6583 /*
6584  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
6585  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
6586  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
6587  * when the low watermark is reached.
6588  *
6589  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
6590  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
6591  */
6592 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
6593                                         nodemask_t *nodemask)
6594 {
6595         struct zoneref *z;
6596         struct zone *zone;
6597         pg_data_t *pgdat = NULL;
6598
6599         /*
6600          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
6601          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
6602          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
6603          * committing a transaction where throttling it could forcing other
6604          * processes to block on log_wait_commit().
6605          */
6606         if (current->flags & PF_KTHREAD)
6607                 goto out;
6608
6609         /*
6610          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
6611          * It should return quickly so it can exit and free its memory
6612          */
6613         if (fatal_signal_pending(current))
6614                 goto out;
6615
6616         /*
6617          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
6618          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
6619          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
6620          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
6621          *
6622          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
6623          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
6624          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
6625          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
6626          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
6627          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
6628          * should make reasonable progress.
6629          */
6630         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6631                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6632                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
6633                         continue;
6634
6635                 /* Throttle based on the first usable node */
6636                 pgdat = zone->zone_pgdat;
6637                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
6638                         goto out;
6639                 break;
6640         }
6641
6642         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
6643         if (!pgdat)
6644                 goto out;
6645
6646         /* Account for the throttling */
6647         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
6648
6649         /*
6650          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
6651          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
6652          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
6653          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
6654          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
6655          * second before continuing.
6656          */
6657         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
6658                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
6659                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
6660         else
6661                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
6662                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
6663                         allow_direct_reclaim(pgdat));
6664
6665         if (fatal_signal_pending(current))
6666                 return true;
6667
6668 out:
6669         return false;
6670 }
6671
6672 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
6673                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
6674 {
6675         unsigned long nr_reclaimed;
6676         struct scan_control sc = {
6677                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6678                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6679                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
6680                 .order = order,
6681                 .nodemask = nodemask,
6682                 .priority = DEF_PRIORITY,
6683                 .may_writepage = !laptop_mode,
6684                 .may_unmap = 1,
6685                 .may_swap = 1,
6686         };
6687
6688         /*
6689          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
6690          * Confirm they are large enough for max values.
6691          */
6692         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
6693         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
6694         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
6695
6696         /*
6697          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
6698          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
6699          * point.
6700          */
6701         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
6702                 return 1;
6703
6704         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6705         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
6706
6707         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6708
6709         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
6710         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6711
6712         return nr_reclaimed;
6713 }
6714
6715 #ifdef CONFIG_MEMCG
6716
6717 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
6718 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
6719                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
6720                                                 pg_data_t *pgdat,
6721                                                 unsigned long *nr_scanned)
6722 {
6723         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6724         struct scan_control sc = {
6725                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6726                 .target_mem_cgroup = memcg,
6727                 .may_writepage = !laptop_mode,
6728                 .may_unmap = 1,
6729                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6730                 .may_swap = !noswap,
6731         };
6732
6733         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
6734
6735         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
6736                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
6737
6738         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
6739                                                       sc.gfp_mask);
6740
6741         /*
6742          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
6743          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
6744          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
6745          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
6746          * the priority and make it zero.
6747          */
6748         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
6749
6750         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
6751
6752         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
6753
6754         return sc.nr_reclaimed;
6755 }
6756
6757 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
6758                                            unsigned long nr_pages,
6759                                            gfp_t gfp_mask,
6760                                            unsigned int reclaim_options)
6761 {
6762         unsigned long nr_reclaimed;
6763         unsigned int noreclaim_flag;
6764         struct scan_control sc = {
6765                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
6766                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
6767                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
6768                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6769                 .target_mem_cgroup = memcg,
6770                 .priority = DEF_PRIORITY,
6771                 .may_writepage = !laptop_mode,
6772                 .may_unmap = 1,
6773                 .may_swap = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_MAY_SWAP),
6774                 .proactive = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_PROACTIVE),
6775         };
6776         /*
6777          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
6778          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
6779          * the reclaim does not bail out early.
6780          */
6781         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
6782
6783         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6784         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
6785         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
6786
6787         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6788
6789         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
6790         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
6791         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6792
6793         return nr_reclaimed;
6794 }
6795 #endif
6796
6797 static void kswapd_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
6798 {
6799         struct mem_cgroup *memcg;
6800         struct lruvec *lruvec;
6801
6802         if (lru_gen_enabled()) {
6803                 lru_gen_age_node(pgdat, sc);
6804                 return;
6805         }
6806
6807         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
6808                 return;
6809
6810         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6811         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6812                 return;
6813
6814         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
6815         do {
6816                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6817                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6818                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6819                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
6820         } while (memcg);
6821 }
6822
6823 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
6824 {
6825         int i;
6826         struct zone *zone;
6827
6828         /*
6829          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
6830          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
6831          * should not be checked at the same time as reclaim would
6832          * start prematurely when there is no boosting and a lower
6833          * zone is balanced.
6834          */
6835         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
6836                 zone = pgdat->node_zones + i;
6837                 if (!managed_zone(zone))
6838                         continue;
6839
6840                 if (zone->watermark_boost)
6841                         return true;
6842         }
6843
6844         return false;
6845 }
6846
6847 /*
6848  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
6849  * and highest_zoneidx
6850  */
6851 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
6852 {
6853         int i;
6854         unsigned long mark = -1;
6855         struct zone *zone;
6856
6857         /*
6858          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
6859          * meet watermarks.
6860          */
6861         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6862                 zone = pgdat->node_zones + i;
6863
6864                 if (!managed_zone(zone))
6865                         continue;
6866
6867                 if (sysctl_numa_balancing_mode & NUMA_BALANCING_MEMORY_TIERING)
6868                         mark = wmark_pages(zone, WMARK_PROMO);
6869                 else
6870                         mark = high_wmark_pages(zone);
6871                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
6872                         return true;
6873         }
6874
6875         /*
6876          * If a node has no managed zone within highest_zoneidx, it does not
6877          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
6878          * allocation tries to wake a remote kswapd.
6879          */
6880         if (mark == -1)
6881                 return true;
6882
6883         return false;
6884 }
6885
6886 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
6887 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
6888 {
6889         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6890
6891         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6892         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6893         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6894 }
6895
6896 /*
6897  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
6898  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
6899  *
6900  * Returns true if kswapd is ready to sleep
6901  */
6902 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
6903                                 int highest_zoneidx)
6904 {
6905         /*
6906          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
6907          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
6908          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
6909          * throttled. There is also a potential race if processes get
6910          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
6911          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
6912          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
6913          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
6914          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
6915          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
6916          * that here we are under prepare_to_wait().
6917          */
6918         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
6919                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6920
6921         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
6922         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6923                 return true;
6924
6925         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
6926                 clear_pgdat_congested(pgdat);
6927                 return true;
6928         }
6929
6930         return false;
6931 }
6932
6933 /*
6934  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
6935  * zone that is currently unbalanced.
6936  *
6937  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
6938  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
6939  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
6940  */
6941 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
6942                                struct scan_control *sc)
6943 {
6944         struct zone *zone;
6945         int z;
6946
6947         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
6948         sc->nr_to_reclaim = 0;
6949         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6950                 zone = pgdat->node_zones + z;
6951                 if (!managed_zone(zone))
6952                         continue;
6953
6954                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
6955         }
6956
6957         /*
6958          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
6959          * now pressure is applied based on node LRU order.
6960          */
6961         shrink_node(pgdat, sc);
6962
6963         /*
6964          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
6965          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
6966          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
6967          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
6968          * can direct reclaim/compact.
6969          */
6970         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
6971                 sc->order = 0;
6972
6973         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
6974 }
6975
6976 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
6977 static inline void
6978 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
6979 {
6980         int i;
6981         struct zone *zone;
6982
6983         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6984                 zone = pgdat->node_zones + i;
6985
6986                 if (!managed_zone(zone))
6987                         continue;
6988
6989                 if (active)
6990                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6991                 else
6992                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6993         }
6994 }
6995
6996 static inline void
6997 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
6998 {
6999         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
7000 }
7001
7002 static inline void
7003 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
7004 {
7005         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
7006 }
7007
7008 /*
7009  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
7010  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
7011  * balanced.
7012  *
7013  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
7014  *
7015  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
7016  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
7017  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
7018  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
7019  * balanced.
7020  */
7021 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
7022 {
7023         int i;
7024         unsigned long nr_soft_reclaimed;
7025         unsigned long nr_soft_scanned;
7026         unsigned long pflags;
7027         unsigned long nr_boost_reclaim;
7028         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
7029         bool boosted;
7030         struct zone *zone;
7031         struct scan_control sc = {
7032                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7033                 .order = order,
7034                 .may_unmap = 1,
7035         };
7036
7037         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7038         psi_memstall_enter(&pflags);
7039         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7040
7041         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
7042
7043         /*
7044          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
7045          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
7046          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
7047          */
7048         nr_boost_reclaim = 0;
7049         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7050                 zone = pgdat->node_zones + i;
7051                 if (!managed_zone(zone))
7052                         continue;
7053
7054                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
7055                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
7056         }
7057         boosted = nr_boost_reclaim;
7058
7059 restart:
7060         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7061         sc.priority = DEF_PRIORITY;
7062         do {
7063                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
7064                 bool raise_priority = true;
7065                 bool balanced;
7066                 bool ret;
7067
7068                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
7069
7070                 /*
7071                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
7072                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
7073                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
7074                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
7075                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
7076                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
7077                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
7078                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
7079                  */
7080                 if (buffer_heads_over_limit) {
7081                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
7082                                 zone = pgdat->node_zones + i;
7083                                 if (!managed_zone(zone))
7084                                         continue;
7085
7086                                 sc.reclaim_idx = i;
7087                                 break;
7088                         }
7089                 }
7090
7091                 /*
7092                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
7093                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
7094                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
7095                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
7096                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
7097                  */
7098                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
7099                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
7100                         nr_boost_reclaim = 0;
7101                         goto restart;
7102                 }
7103
7104                 /*
7105                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
7106                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
7107                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
7108                  */
7109                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
7110                         goto out;
7111
7112                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
7113                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
7114                         raise_priority = false;
7115
7116                 /*
7117                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
7118                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
7119                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
7120                  * reclaim will be aborted.
7121                  */
7122                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
7123                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
7124
7125                 /*
7126                  * Do some background aging, to give pages a chance to be
7127                  * referenced before reclaiming. All pages are rotated
7128                  * regardless of classzone as this is about consistent aging.
7129                  */
7130                 kswapd_age_node(pgdat, &sc);
7131
7132                 /*
7133                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
7134                  * even in laptop mode.
7135                  */
7136                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
7137                         sc.may_writepage = 1;
7138
7139                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
7140                 sc.nr_scanned = 0;
7141                 nr_soft_scanned = 0;
7142                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
7143                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
7144                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
7145
7146                 /*
7147                  * There should be no need to raise the scanning priority if
7148                  * enough pages are already being scanned that that high
7149                  * watermark would be met at 100% efficiency.
7150                  */
7151                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
7152                         raise_priority = false;
7153
7154                 /*
7155                  * If the low watermark is met there is no need for processes
7156                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
7157                  * able to safely make forward progress. Wake them
7158                  */
7159                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
7160                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
7161                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7162
7163                 /* Check if kswapd should be suspending */
7164                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7165                 ret = try_to_freeze();
7166                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7167                 if (ret || kthread_should_stop())
7168                         break;
7169
7170                 /*
7171                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
7172                  * progress in reclaiming pages
7173                  */
7174                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
7175                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
7176
7177                 /*
7178                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
7179                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
7180                  * extreme circumstances.
7181                  */
7182                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
7183                         break;
7184
7185                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
7186                         sc.priority--;
7187         } while (sc.priority >= 1);
7188
7189         if (!sc.nr_reclaimed)
7190                 pgdat->kswapd_failures++;
7191
7192 out:
7193         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7194
7195         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
7196         if (boosted) {
7197                 unsigned long flags;
7198
7199                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7200                         if (!zone_boosts[i])
7201                                 continue;
7202
7203                         /* Increments are under the zone lock */
7204                         zone = pgdat->node_zones + i;
7205                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7206                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
7207                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7208                 }
7209
7210                 /*
7211                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
7212                  * pageblocks.
7213                  */
7214                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
7215         }
7216
7217         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
7218         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7219         psi_memstall_leave(&pflags);
7220         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7221
7222         /*
7223          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
7224          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
7225          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
7226          * remain at the higher level.
7227          */
7228         return sc.order;
7229 }
7230
7231 /*
7232  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
7233  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
7234  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
7235  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
7236  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
7237  */
7238 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
7239                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
7240 {
7241         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7242
7243         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
7244 }
7245
7246 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
7247                                 unsigned int highest_zoneidx)
7248 {
7249         long remaining = 0;
7250         DEFINE_WAIT(wait);
7251
7252         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
7253                 return;
7254
7255         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7256
7257         /*
7258          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
7259          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
7260          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
7261          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
7262          * succeed.
7263          */
7264         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7265                 /*
7266                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
7267                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
7268                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
7269                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
7270                  */
7271                 reset_isolation_suitable(pgdat);
7272
7273                 /*
7274                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
7275                  * allocation of the requested order possible.
7276                  */
7277                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
7278
7279                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
7280
7281                 /*
7282                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
7283                  * order. The values will either be from a wakeup request or
7284                  * the previous request that slept prematurely.
7285                  */
7286                 if (remaining) {
7287                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
7288                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7289                                                         highest_zoneidx));
7290
7291                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
7292                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
7293                 }
7294
7295                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7296                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7297         }
7298
7299         /*
7300          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
7301          * go fully to sleep until explicitly woken up.
7302          */
7303         if (!remaining &&
7304             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7305                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
7306
7307                 /*
7308                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
7309                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
7310                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
7311                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
7312                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
7313                  * them before going back to sleep.
7314                  */
7315                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
7316
7317                 if (!kthread_should_stop())
7318                         schedule();
7319
7320                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
7321         } else {
7322                 if (remaining)
7323                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
7324                 else
7325                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
7326         }
7327         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7328 }
7329
7330 /*
7331  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
7332  * from the init process.
7333  *
7334  * This basically trickles out pages so that we have _some_
7335  * free memory available even if there is no other activity
7336  * that frees anything up. This is needed for things like routing
7337  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
7338  * asynchronous contexts that cannot page things out.
7339  *
7340  * If there are applications that are active memory-allocators
7341  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
7342  */
7343 static int kswapd(void *p)
7344 {
7345         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
7346         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
7347         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
7348         struct task_struct *tsk = current;
7349         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
7350
7351         if (!cpumask_empty(cpumask))
7352                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
7353
7354         /*
7355          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
7356          * and that if we need more memory we should get access to it
7357          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
7358          * never get caught in the normal page freeing logic.
7359          *
7360          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
7361          * you need a small amount of memory in order to be able to
7362          * page out something else, and this flag essentially protects
7363          * us from recursively trying to free more memory as we're
7364          * trying to free the first piece of memory in the first place).
7365          */
7366         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD;
7367         set_freezable();
7368
7369         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7370         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7371         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
7372         for ( ; ; ) {
7373                 bool ret;
7374
7375                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7376                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7377                                                         highest_zoneidx);
7378
7379 kswapd_try_sleep:
7380                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
7381                                         highest_zoneidx);
7382
7383                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
7384                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7385                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7386                                                         highest_zoneidx);
7387                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7388                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7389
7390                 ret = try_to_freeze();
7391                 if (kthread_should_stop())
7392                         break;
7393
7394                 /*
7395                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
7396                  * after returning from the refrigerator
7397                  */
7398                 if (ret)
7399                         continue;
7400
7401                 /*
7402                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
7403                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
7404                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
7405                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
7406                  * but kcompactd is woken to compact for the original
7407                  * request (alloc_order).
7408                  */
7409                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
7410                                                 alloc_order);
7411                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
7412                                                 highest_zoneidx);
7413                 if (reclaim_order < alloc_order)
7414                         goto kswapd_try_sleep;
7415         }
7416
7417         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD);
7418
7419         return 0;
7420 }
7421
7422 /*
7423  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
7424  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
7425  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
7426  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
7427  * needed.
7428  */
7429 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
7430                    enum zone_type highest_zoneidx)
7431 {
7432         pg_data_t *pgdat;
7433         enum zone_type curr_idx;
7434
7435         if (!managed_zone(zone))
7436                 return;
7437
7438         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
7439                 return;
7440
7441         pgdat = zone->zone_pgdat;
7442         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7443
7444         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
7445                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
7446
7447         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
7448                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
7449
7450         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
7451                 return;
7452
7453         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
7454         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
7455             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
7456              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
7457                 /*
7458                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
7459                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
7460                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
7461                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
7462                  * ratelimit its work.
7463                  */
7464                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
7465                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
7466                 return;
7467         }
7468
7469         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
7470                                       gfp_flags);
7471         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
7472 }
7473
7474 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
7475 /*
7476  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
7477  * freed pages.
7478  *
7479  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
7480  * LRU order by reclaiming preferentially
7481  * inactive > active > active referenced > active mapped
7482  */
7483 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
7484 {
7485         struct scan_control sc = {
7486                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
7487                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
7488                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
7489                 .priority = DEF_PRIORITY,
7490                 .may_writepage = 1,
7491                 .may_unmap = 1,
7492                 .may_swap = 1,
7493                 .hibernation_mode = 1,
7494         };
7495         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
7496         unsigned long nr_reclaimed;
7497         unsigned int noreclaim_flag;
7498
7499         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7500         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7501         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7502
7503         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
7504
7505         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7506         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7507         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7508
7509         return nr_reclaimed;
7510 }
7511 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
7512
7513 /*
7514  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
7515  */
7516 void kswapd_run(int nid)
7517 {
7518         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7519
7520         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7521         if (!pgdat->kswapd) {
7522                 pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
7523                 if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
7524                         /* failure at boot is fatal */
7525                         BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
7526                         pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
7527                         pgdat->kswapd = NULL;
7528                 }
7529         }
7530         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7531 }
7532
7533 /*
7534  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
7535  * be holding mem_hotplug_begin/done().
7536  */
7537 void kswapd_stop(int nid)
7538 {
7539         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7540         struct task_struct *kswapd;
7541
7542         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7543         kswapd = pgdat->kswapd;
7544         if (kswapd) {
7545                 kthread_stop(kswapd);
7546                 pgdat->kswapd = NULL;
7547         }
7548         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7549 }
7550
7551 static int __init kswapd_init(void)
7552 {
7553         int nid;
7554
7555         swap_setup();
7556         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
7557                 kswapd_run(nid);
7558         return 0;
7559 }
7560
7561 module_init(kswapd_init)
7562
7563 #ifdef CONFIG_NUMA
7564 /*
7565  * Node reclaim mode
7566  *
7567  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
7568  * the watermarks.
7569  */
7570 int node_reclaim_mode __read_mostly;
7571
7572 /*
7573  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
7574  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
7575  * a zone.
7576  */
7577 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
7578
7579 /*
7580  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
7581  * occur.
7582  */
7583 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
7584
7585 /*
7586  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
7587  * slab reclaim needs to occur.
7588  */
7589 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
7590
7591 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
7592 {
7593         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
7594         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
7595                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
7596
7597         /*
7598          * It's possible for there to be more file mapped pages than
7599          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
7600          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
7601          */
7602         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
7603 }
7604
7605 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
7606 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
7607 {
7608         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
7609         unsigned long delta = 0;
7610
7611         /*
7612          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
7613          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
7614          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
7615          * a better estimate
7616          */
7617         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
7618                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
7619         else
7620                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
7621
7622         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
7623         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
7624                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
7625
7626         /* Watch for any possible underflows due to delta */
7627         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
7628                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
7629
7630         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
7631 }
7632
7633 /*
7634  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
7635  */
7636 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7637 {
7638         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
7639         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
7640         struct task_struct *p = current;
7641         unsigned int noreclaim_flag;
7642         struct scan_control sc = {
7643                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
7644                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7645                 .order = order,
7646                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
7647                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
7648                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
7649                 .may_swap = 1,
7650                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
7651         };
7652         unsigned long pflags;
7653
7654         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
7655                                            sc.gfp_mask);
7656
7657         cond_resched();
7658         psi_memstall_enter(&pflags);
7659         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7660         /*
7661          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
7662          */
7663         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7664         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
7665
7666         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages ||
7667             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) > pgdat->min_slab_pages) {
7668                 /*
7669                  * Free memory by calling shrink node with increasing
7670                  * priorities until we have enough memory freed.
7671                  */
7672                 do {
7673                         shrink_node(pgdat, &sc);
7674                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
7675         }
7676
7677         set_task_reclaim_state(p, NULL);
7678         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7679         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7680         psi_memstall_leave(&pflags);
7681
7682         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
7683
7684         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
7685 }
7686
7687 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7688 {
7689         int ret;
7690
7691         /*
7692          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
7693          * slab pages if we are over the defined limits.
7694          *
7695          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
7696          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
7697          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
7698          * if less than a specified percentage of the node is used by
7699          * unmapped file backed pages.
7700          */
7701         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
7702             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
7703             pgdat->min_slab_pages)
7704                 return NODE_RECLAIM_FULL;
7705
7706         /*
7707          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
7708          */
7709         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
7710                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7711
7712         /*
7713          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
7714          * have associated processors. This will favor the local processor
7715          * over remote processors and spread off node memory allocations
7716          * as wide as possible.
7717          */
7718         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
7719                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7720
7721         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
7722                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7723
7724         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
7725         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
7726
7727         if (!ret)
7728                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
7729
7730         return ret;
7731 }
7732 #endif
7733
7734 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
7735 {
7736         struct folio_batch fbatch;
7737         unsigned i;
7738
7739         folio_batch_init(&fbatch);
7740         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
7741                 struct page *page = pvec->pages[i];
7742
7743                 if (PageTransTail(page))
7744                         continue;
7745                 folio_batch_add(&fbatch, page_folio(page));
7746         }
7747         check_move_unevictable_folios(&fbatch);
7748 }
7749 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);
7750
7751 /**
7752  * check_move_unevictable_folios - Move evictable folios to appropriate zone
7753  * lru list
7754  * @fbatch: Batch of lru folios to check.
7755  *
7756  * Checks folios for evictability, if an evictable folio is in the unevictable
7757  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
7758  * should be only used for lru folios.
7759  */
7760 void check_move_unevictable_folios(struct folio_batch *fbatch)
7761 {
7762         struct lruvec *lruvec = NULL;
7763         int pgscanned = 0;
7764         int pgrescued = 0;
7765         int i;
7766
7767         for (i = 0; i < fbatch->nr; i++) {
7768                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
7769                 int nr_pages = folio_nr_pages(folio);
7770
7771                 pgscanned += nr_pages;
7772
7773                 /* block memcg migration while the folio moves between lrus */
7774                 if (!folio_test_clear_lru(folio))
7775                         continue;
7776
7777                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
7778                 if (folio_evictable(folio) && folio_test_unevictable(folio)) {
7779                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
7780                         folio_clear_unevictable(folio);
7781                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
7782                         pgrescued += nr_pages;
7783                 }
7784                 folio_set_lru(folio);
7785         }
7786
7787         if (lruvec) {
7788                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
7789                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7790                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
7791         } else if (pgscanned) {
7792                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7793         }
7794 }
7795 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_folios);