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