Merge tag 'landlock-6.1-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mic...
[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/oom.h>
47 #include <linux/pagevec.h>
48 #include <linux/prefetch.h>
49 #include <linux/printk.h>
50 #include <linux/dax.h>
51 #include <linux/psi.h>
52
53 #include <asm/tlbflush.h>
54 #include <asm/div64.h>
55
56 #include <linux/swapops.h>
57 #include <linux/balloon_compaction.h>
58 #include <linux/sched/sysctl.h>
59
60 #include "internal.h"
61 #include "swap.h"
62
63 #define CREATE_TRACE_POINTS
64 #include <trace/events/vmscan.h>
65
66 struct scan_control {
67         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
68         unsigned long nr_to_reclaim;
69
70         /*
71          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
72          * are scanned.
73          */
74         nodemask_t      *nodemask;
75
76         /*
77          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
78          * primary target of this reclaim invocation.
79          */
80         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
81
82         /*
83          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
84          */
85         unsigned long   anon_cost;
86         unsigned long   file_cost;
87
88         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
89 #define DEACTIVATE_ANON 1
90 #define DEACTIVATE_FILE 2
91         unsigned int may_deactivate:2;
92         unsigned int force_deactivate:1;
93         unsigned int skipped_deactivate:1;
94
95         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
96         unsigned int may_writepage:1;
97
98         /* Can mapped pages be reclaimed? */
99         unsigned int may_unmap:1;
100
101         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
102         unsigned int may_swap:1;
103
104         /* Proactive reclaim invoked by userspace through memory.reclaim */
105         unsigned int proactive:1;
106
107         /*
108          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
109          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
110          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
111          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
112          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
113          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
114          */
115         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
116         unsigned int memcg_low_skipped:1;
117
118         unsigned int hibernation_mode:1;
119
120         /* One of the zones is ready for compaction */
121         unsigned int compaction_ready:1;
122
123         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
124         unsigned int cache_trim_mode:1;
125
126         /* The file pages on the current node are dangerously low */
127         unsigned int file_is_tiny:1;
128
129         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
130         unsigned int no_demotion:1;
131
132         /* Allocation order */
133         s8 order;
134
135         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
136         s8 priority;
137
138         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
139         s8 reclaim_idx;
140
141         /* This context's GFP mask */
142         gfp_t gfp_mask;
143
144         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
145         unsigned long nr_scanned;
146
147         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
148         unsigned long nr_reclaimed;
149
150         struct {
151                 unsigned int dirty;
152                 unsigned int unqueued_dirty;
153                 unsigned int congested;
154                 unsigned int writeback;
155                 unsigned int immediate;
156                 unsigned int file_taken;
157                 unsigned int taken;
158         } nr;
159
160         /* for recording the reclaimed slab by now */
161         struct reclaim_state reclaim_state;
162 };
163
164 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
165 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field)                 \
166         do {                                                            \
167                 if ((_folio)->lru.prev != _base) {                      \
168                         struct folio *prev;                             \
169                                                                         \
170                         prev = lru_to_folio(&(_folio->lru));            \
171                         prefetchw(&prev->_field);                       \
172                 }                                                       \
173         } while (0)
174 #else
175 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field) do { } while (0)
176 #endif
177
178 /*
179  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
180  */
181 int vm_swappiness = 60;
182
183 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
184                                    struct reclaim_state *rs)
185 {
186         /* Check for an overwrite */
187         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
188
189         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
190         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
191
192         task->reclaim_state = rs;
193 }
194
195 LIST_HEAD(shrinker_list);
196 DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
197
198 #ifdef CONFIG_MEMCG
199 static int shrinker_nr_max;
200
201 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
202 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
203 {
204         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
205 }
206
207 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
208 {
209         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
210 }
211
212 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
213                                                      int nid)
214 {
215         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
216                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
217 }
218
219 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
220                                     int map_size, int defer_size,
221                                     int old_map_size, int old_defer_size)
222 {
223         struct shrinker_info *new, *old;
224         struct mem_cgroup_per_node *pn;
225         int nid;
226         int size = map_size + defer_size;
227
228         for_each_node(nid) {
229                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
230                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
231                 /* Not yet online memcg */
232                 if (!old)
233                         return 0;
234
235                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
236                 if (!new)
237                         return -ENOMEM;
238
239                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
240                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
241
242                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
243                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
244                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
245                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
246                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
247                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
248                        defer_size - old_defer_size);
249
250                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
251                 kvfree_rcu(old, rcu);
252         }
253
254         return 0;
255 }
256
257 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
258 {
259         struct mem_cgroup_per_node *pn;
260         struct shrinker_info *info;
261         int nid;
262
263         for_each_node(nid) {
264                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
265                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
266                 kvfree(info);
267                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
268         }
269 }
270
271 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
272 {
273         struct shrinker_info *info;
274         int nid, size, ret = 0;
275         int map_size, defer_size = 0;
276
277         down_write(&shrinker_rwsem);
278         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
279         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
280         size = map_size + defer_size;
281         for_each_node(nid) {
282                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
283                 if (!info) {
284                         free_shrinker_info(memcg);
285                         ret = -ENOMEM;
286                         break;
287                 }
288                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
289                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
290                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
291         }
292         up_write(&shrinker_rwsem);
293
294         return ret;
295 }
296
297 static inline bool need_expand(int nr_max)
298 {
299         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
300                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
301 }
302
303 static int expand_shrinker_info(int new_id)
304 {
305         int ret = 0;
306         int new_nr_max = new_id + 1;
307         int map_size, defer_size = 0;
308         int old_map_size, old_defer_size = 0;
309         struct mem_cgroup *memcg;
310
311         if (!need_expand(new_nr_max))
312                 goto out;
313
314         if (!root_mem_cgroup)
315                 goto out;
316
317         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
318
319         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
320         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
321         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
322         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
323
324         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
325         do {
326                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
327                                                old_map_size, old_defer_size);
328                 if (ret) {
329                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
330                         goto out;
331                 }
332         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
333 out:
334         if (!ret)
335                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
336
337         return ret;
338 }
339
340 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
341 {
342         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
343                 struct shrinker_info *info;
344
345                 rcu_read_lock();
346                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
347                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
348                 smp_mb__before_atomic();
349                 set_bit(shrinker_id, info->map);
350                 rcu_read_unlock();
351         }
352 }
353
354 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
355
356 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
357 {
358         int id, ret = -ENOMEM;
359
360         if (mem_cgroup_disabled())
361                 return -ENOSYS;
362
363         down_write(&shrinker_rwsem);
364         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
365         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
366         if (id < 0)
367                 goto unlock;
368
369         if (id >= shrinker_nr_max) {
370                 if (expand_shrinker_info(id)) {
371                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
372                         goto unlock;
373                 }
374         }
375         shrinker->id = id;
376         ret = 0;
377 unlock:
378         up_write(&shrinker_rwsem);
379         return ret;
380 }
381
382 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
383 {
384         int id = shrinker->id;
385
386         BUG_ON(id < 0);
387
388         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
389
390         idr_remove(&shrinker_idr, id);
391 }
392
393 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
394                                    struct mem_cgroup *memcg)
395 {
396         struct shrinker_info *info;
397
398         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
399         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
400 }
401
402 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
403                                   struct mem_cgroup *memcg)
404 {
405         struct shrinker_info *info;
406
407         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
408         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
409 }
410
411 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
412 {
413         int i, nid;
414         long nr;
415         struct mem_cgroup *parent;
416         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
417
418         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
419         if (!parent)
420                 parent = root_mem_cgroup;
421
422         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
423         down_read(&shrinker_rwsem);
424         for_each_node(nid) {
425                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
426                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
427                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
428                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
429                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
430                 }
431         }
432         up_read(&shrinker_rwsem);
433 }
434
435 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
436 {
437         return sc->target_mem_cgroup;
438 }
439
440 /**
441  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
442  * @sc: scan_control in question
443  *
444  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
445  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
446  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
447  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
448  * allocation and configurability.
449  *
450  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
451  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
452  */
453 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
454 {
455         if (!cgroup_reclaim(sc))
456                 return true;
457 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
458         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
459                 return true;
460 #endif
461         return false;
462 }
463 #else
464 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
465 {
466         return -ENOSYS;
467 }
468
469 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
470 {
471 }
472
473 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
474                                    struct mem_cgroup *memcg)
475 {
476         return 0;
477 }
478
479 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
480                                   struct mem_cgroup *memcg)
481 {
482         return 0;
483 }
484
485 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
486 {
487         return false;
488 }
489
490 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
491 {
492         return true;
493 }
494 #endif
495
496 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
497                              struct shrink_control *sc)
498 {
499         int nid = sc->nid;
500
501         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
502                 nid = 0;
503
504         if (sc->memcg &&
505             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
506                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
507                                               sc->memcg);
508
509         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
510 }
511
512
513 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
514                             struct shrink_control *sc)
515 {
516         int nid = sc->nid;
517
518         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
519                 nid = 0;
520
521         if (sc->memcg &&
522             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
523                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
524                                              sc->memcg);
525
526         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
527 }
528
529 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
530 {
531         if (!numa_demotion_enabled)
532                 return false;
533         if (sc && sc->no_demotion)
534                 return false;
535         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
536                 return false;
537
538         return true;
539 }
540
541 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
542                                           int nid,
543                                           struct scan_control *sc)
544 {
545         if (memcg == NULL) {
546                 /*
547                  * For non-memcg reclaim, is there
548                  * space in any swap device?
549                  */
550                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
551                         return true;
552         } else {
553                 /* Is the memcg below its swap limit? */
554                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
555                         return true;
556         }
557
558         /*
559          * The page can not be swapped.
560          *
561          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
562          */
563         return can_demote(nid, sc);
564 }
565
566 /*
567  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
568  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
569  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
570  */
571 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
572 {
573         unsigned long nr;
574
575         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
576                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
577         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
578                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
579                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
580
581         return nr;
582 }
583
584 /**
585  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
586  * @lruvec: lru vector
587  * @lru: lru to use
588  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES - 1 for the whole LRU list)
589  */
590 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
591                                      int zone_idx)
592 {
593         unsigned long size = 0;
594         int zid;
595
596         for (zid = 0; zid <= zone_idx; zid++) {
597                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
598
599                 if (!managed_zone(zone))
600                         continue;
601
602                 if (!mem_cgroup_disabled())
603                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
604                 else
605                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
606         }
607         return size;
608 }
609
610 /*
611  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
612  */
613 static int __prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
614 {
615         unsigned int size;
616         int err;
617
618         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
619                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
620                 if (err != -ENOSYS)
621                         return err;
622
623                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
624         }
625
626         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
627         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
628                 size *= nr_node_ids;
629
630         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
631         if (!shrinker->nr_deferred)
632                 return -ENOMEM;
633
634         return 0;
635 }
636
637 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
638 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
639 {
640         va_list ap;
641         int err;
642
643         va_start(ap, fmt);
644         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
645         va_end(ap);
646         if (!shrinker->name)
647                 return -ENOMEM;
648
649         err = __prealloc_shrinker(shrinker);
650         if (err) {
651                 kfree_const(shrinker->name);
652                 shrinker->name = NULL;
653         }
654
655         return err;
656 }
657 #else
658 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
659 {
660         return __prealloc_shrinker(shrinker);
661 }
662 #endif
663
664 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
665 {
666 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
667         kfree_const(shrinker->name);
668         shrinker->name = NULL;
669 #endif
670         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
671                 down_write(&shrinker_rwsem);
672                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
673                 up_write(&shrinker_rwsem);
674                 return;
675         }
676
677         kfree(shrinker->nr_deferred);
678         shrinker->nr_deferred = NULL;
679 }
680
681 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
682 {
683         down_write(&shrinker_rwsem);
684         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
685         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
686         shrinker_debugfs_add(shrinker);
687         up_write(&shrinker_rwsem);
688 }
689
690 static int __register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
691 {
692         int err = __prealloc_shrinker(shrinker);
693
694         if (err)
695                 return err;
696         register_shrinker_prepared(shrinker);
697         return 0;
698 }
699
700 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
701 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
702 {
703         va_list ap;
704         int err;
705
706         va_start(ap, fmt);
707         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
708         va_end(ap);
709         if (!shrinker->name)
710                 return -ENOMEM;
711
712         err = __register_shrinker(shrinker);
713         if (err) {
714                 kfree_const(shrinker->name);
715                 shrinker->name = NULL;
716         }
717         return err;
718 }
719 #else
720 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
721 {
722         return __register_shrinker(shrinker);
723 }
724 #endif
725 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
726
727 /*
728  * Remove one
729  */
730 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
731 {
732         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
733                 return;
734
735         down_write(&shrinker_rwsem);
736         list_del(&shrinker->list);
737         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
738         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
739                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
740         shrinker_debugfs_remove(shrinker);
741         up_write(&shrinker_rwsem);
742
743         kfree(shrinker->nr_deferred);
744         shrinker->nr_deferred = NULL;
745 }
746 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
747
748 /**
749  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
750  *
751  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
752  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
753  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
754  * rcu.
755  */
756 void synchronize_shrinkers(void)
757 {
758         down_write(&shrinker_rwsem);
759         up_write(&shrinker_rwsem);
760 }
761 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
762
763 #define SHRINK_BATCH 128
764
765 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
766                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
767 {
768         unsigned long freed = 0;
769         unsigned long long delta;
770         long total_scan;
771         long freeable;
772         long nr;
773         long new_nr;
774         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
775                                           : SHRINK_BATCH;
776         long scanned = 0, next_deferred;
777
778         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
779         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
780                 return freeable;
781
782         /*
783          * copy the current shrinker scan count into a local variable
784          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
785          * don't also do this scanning work.
786          */
787         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
788
789         if (shrinker->seeks) {
790                 delta = freeable >> priority;
791                 delta *= 4;
792                 do_div(delta, shrinker->seeks);
793         } else {
794                 /*
795                  * These objects don't require any IO to create. Trim
796                  * them aggressively under memory pressure to keep
797                  * them from causing refetches in the IO caches.
798                  */
799                 delta = freeable / 2;
800         }
801
802         total_scan = nr >> priority;
803         total_scan += delta;
804         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
805
806         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
807                                    freeable, delta, total_scan, priority);
808
809         /*
810          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
811          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
812          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
813          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
814          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
815          * objects spread over several slabs with usage less than the
816          * batch_size.
817          *
818          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
819          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
820          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
821          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
822          * possible.
823          */
824         while (total_scan >= batch_size ||
825                total_scan >= freeable) {
826                 unsigned long ret;
827                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
828
829                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
830                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
831                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
832                 if (ret == SHRINK_STOP)
833                         break;
834                 freed += ret;
835
836                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
837                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
838                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
839
840                 cond_resched();
841         }
842
843         /*
844          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
845          * done, decreased by old deferred work that was done now.
846          *
847          * And it is capped to two times of the freeable items.
848          */
849         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
850         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
851
852         /*
853          * move the unused scan count back into the shrinker in a
854          * manner that handles concurrent updates.
855          */
856         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
857
858         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
859         return freed;
860 }
861
862 #ifdef CONFIG_MEMCG
863 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
864                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
865 {
866         struct shrinker_info *info;
867         unsigned long ret, freed = 0;
868         int i;
869
870         if (!mem_cgroup_online(memcg))
871                 return 0;
872
873         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
874                 return 0;
875
876         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
877         if (unlikely(!info))
878                 goto unlock;
879
880         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
881                 struct shrink_control sc = {
882                         .gfp_mask = gfp_mask,
883                         .nid = nid,
884                         .memcg = memcg,
885                 };
886                 struct shrinker *shrinker;
887
888                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
889                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
890                         if (!shrinker)
891                                 clear_bit(i, info->map);
892                         continue;
893                 }
894
895                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
896                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
897                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
898                         continue;
899
900                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
901                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
902                         clear_bit(i, info->map);
903                         /*
904                          * After the shrinker reported that it had no objects to
905                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
906                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
907                          * added. To make sure, we have the bit set in this
908                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
909                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
910                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
911                          * set_shrinker_bit():
912                          *
913                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
914                          *   list_add_tail()    clear_bit()
915                          *   <MB>               <MB>
916                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
917                          */
918                         smp_mb__after_atomic();
919                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
920                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
921                                 ret = 0;
922                         else
923                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
924                 }
925                 freed += ret;
926
927                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
928                         freed = freed ? : 1;
929                         break;
930                 }
931         }
932 unlock:
933         up_read(&shrinker_rwsem);
934         return freed;
935 }
936 #else /* CONFIG_MEMCG */
937 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
938                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
939 {
940         return 0;
941 }
942 #endif /* CONFIG_MEMCG */
943
944 /**
945  * shrink_slab - shrink slab caches
946  * @gfp_mask: allocation context
947  * @nid: node whose slab caches to target
948  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
949  * @priority: the reclaim priority
950  *
951  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
952  *
953  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
954  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
955  *
956  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
957  * are called only if it is the root cgroup.
958  *
959  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
960  * in order to get the scan target.
961  *
962  * Returns the number of reclaimed slab objects.
963  */
964 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
965                                  struct mem_cgroup *memcg,
966                                  int priority)
967 {
968         unsigned long ret, freed = 0;
969         struct shrinker *shrinker;
970
971         /*
972          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
973          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
974          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
975          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
976          * oom.
977          */
978         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
979                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
980
981         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
982                 goto out;
983
984         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
985                 struct shrink_control sc = {
986                         .gfp_mask = gfp_mask,
987                         .nid = nid,
988                         .memcg = memcg,
989                 };
990
991                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
992                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
993                         ret = 0;
994                 freed += ret;
995                 /*
996                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
997                  * prevent the registration from being stalled for long periods
998                  * by parallel ongoing shrinking.
999                  */
1000                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
1001                         freed = freed ? : 1;
1002                         break;
1003                 }
1004         }
1005
1006         up_read(&shrinker_rwsem);
1007 out:
1008         cond_resched();
1009         return freed;
1010 }
1011
1012 static void drop_slab_node(int nid)
1013 {
1014         unsigned long freed;
1015         int shift = 0;
1016
1017         do {
1018                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1019
1020                 if (fatal_signal_pending(current))
1021                         return;
1022
1023                 freed = 0;
1024                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
1025                 do {
1026                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
1027                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
1028         } while ((freed >> shift++) > 1);
1029 }
1030
1031 void drop_slab(void)
1032 {
1033         int nid;
1034
1035         for_each_online_node(nid)
1036                 drop_slab_node(nid);
1037 }
1038
1039 static inline int is_page_cache_freeable(struct folio *folio)
1040 {
1041         /*
1042          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
1043          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
1044          * heads at page->private.
1045          */
1046         return folio_ref_count(folio) - folio_test_private(folio) ==
1047                 1 + folio_nr_pages(folio);
1048 }
1049
1050 /*
1051  * We detected a synchronous write error writing a folio out.  Probably
1052  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1053  * fsync(), msync() or close().
1054  *
1055  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1056  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the folio and once
1057  * that folio is locked, the mapping is pinned.
1058  *
1059  * We're allowed to run sleeping folio_lock() here because we know the caller has
1060  * __GFP_FS.
1061  */
1062 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1063                                 struct folio *folio, int error)
1064 {
1065         folio_lock(folio);
1066         if (folio_mapping(folio) == mapping)
1067                 mapping_set_error(mapping, error);
1068         folio_unlock(folio);
1069 }
1070
1071 static bool skip_throttle_noprogress(pg_data_t *pgdat)
1072 {
1073         int reclaimable = 0, write_pending = 0;
1074         int i;
1075
1076         /*
1077          * If kswapd is disabled, reschedule if necessary but do not
1078          * throttle as the system is likely near OOM.
1079          */
1080         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
1081                 return true;
1082
1083         /*
1084          * If there are a lot of dirty/writeback pages then do not
1085          * throttle as throttling will occur when the pages cycle
1086          * towards the end of the LRU if still under writeback.
1087          */
1088         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
1089                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
1090
1091                 if (!managed_zone(zone))
1092                         continue;
1093
1094                 reclaimable += zone_reclaimable_pages(zone);
1095                 write_pending += zone_page_state_snapshot(zone,
1096                                                   NR_ZONE_WRITE_PENDING);
1097         }
1098         if (2 * write_pending <= reclaimable)
1099                 return true;
1100
1101         return false;
1102 }
1103
1104 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1105 {
1106         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1107         long timeout, ret;
1108         DEFINE_WAIT(wait);
1109
1110         /*
1111          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1112          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1113          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1114          */
1115         if (!current_is_kswapd() &&
1116             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD)) {
1117                 cond_resched();
1118                 return;
1119         }
1120
1121         /*
1122          * These figures are pulled out of thin air.
1123          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1124          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1125          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1126          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1127          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1128          * writeback to a slow device to excessive references pages at the tail
1129          * of the inactive LRU.
1130          */
1131         switch(reason) {
1132         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1133                 timeout = HZ/10;
1134
1135                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1136                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1137                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1138                 }
1139
1140                 break;
1141         case VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED:
1142                 fallthrough;
1143         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1144                 if (skip_throttle_noprogress(pgdat)) {
1145                         cond_resched();
1146                         return;
1147                 }
1148
1149                 timeout = 1;
1150
1151                 break;
1152         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1153                 timeout = HZ/50;
1154                 break;
1155         default:
1156                 WARN_ON_ONCE(1);
1157                 timeout = HZ;
1158                 break;
1159         }
1160
1161         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1162         ret = schedule_timeout(timeout);
1163         finish_wait(wqh, &wait);
1164
1165         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1166                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1167
1168         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1169                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1170                                 reason);
1171 }
1172
1173 /*
1174  * Account for pages written if tasks are throttled waiting on dirty
1175  * pages to clean. If enough pages have been cleaned since throttling
1176  * started then wakeup the throttled tasks.
1177  */
1178 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1179                                                         int nr_throttled)
1180 {
1181         unsigned long nr_written;
1182
1183         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1184
1185         /*
1186          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1187          * be synchronised. However, given that the system is
1188          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1189          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1190          * timeout guarantees forward progress.
1191          */
1192         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1193                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1194
1195         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1196                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1197 }
1198
1199 /* possible outcome of pageout() */
1200 typedef enum {
1201         /* failed to write page out, page is locked */
1202         PAGE_KEEP,
1203         /* move page to the active list, page is locked */
1204         PAGE_ACTIVATE,
1205         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
1206         PAGE_SUCCESS,
1207         /* page is clean and locked */
1208         PAGE_CLEAN,
1209 } pageout_t;
1210
1211 /*
1212  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
1213  * Calls ->writepage().
1214  */
1215 static pageout_t pageout(struct folio *folio, struct address_space *mapping,
1216                          struct swap_iocb **plug)
1217 {
1218         /*
1219          * If the folio is dirty, only perform writeback if that write
1220          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1221          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1222          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1223          * PagePrivate for that.
1224          *
1225          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1226          * this folio's queue, we can perform writeback even if that
1227          * will block.
1228          *
1229          * If the folio is swapcache, write it back even if that would
1230          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1231          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1232          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1233          */
1234         if (!is_page_cache_freeable(folio))
1235                 return PAGE_KEEP;
1236         if (!mapping) {
1237                 /*
1238                  * Some data journaling orphaned folios can have
1239                  * folio->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1240                  */
1241                 if (folio_test_private(folio)) {
1242                         if (try_to_free_buffers(folio)) {
1243                                 folio_clear_dirty(folio);
1244                                 pr_info("%s: orphaned folio\n", __func__);
1245                                 return PAGE_CLEAN;
1246                         }
1247                 }
1248                 return PAGE_KEEP;
1249         }
1250         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1251                 return PAGE_ACTIVATE;
1252
1253         if (folio_clear_dirty_for_io(folio)) {
1254                 int res;
1255                 struct writeback_control wbc = {
1256                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1257                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1258                         .range_start = 0,
1259                         .range_end = LLONG_MAX,
1260                         .for_reclaim = 1,
1261                         .swap_plug = plug,
1262                 };
1263
1264                 folio_set_reclaim(folio);
1265                 res = mapping->a_ops->writepage(&folio->page, &wbc);
1266                 if (res < 0)
1267                         handle_write_error(mapping, folio, res);
1268                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1269                         folio_clear_reclaim(folio);
1270                         return PAGE_ACTIVATE;
1271                 }
1272
1273                 if (!folio_test_writeback(folio)) {
1274                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1275                         folio_clear_reclaim(folio);
1276                 }
1277                 trace_mm_vmscan_write_folio(folio);
1278                 node_stat_add_folio(folio, NR_VMSCAN_WRITE);
1279                 return PAGE_SUCCESS;
1280         }
1281
1282         return PAGE_CLEAN;
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
1287  * gets returned with a refcount of 0.
1288  */
1289 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
1290                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1291 {
1292         int refcount;
1293         void *shadow = NULL;
1294
1295         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1296         BUG_ON(mapping != folio_mapping(folio));
1297
1298         if (!folio_test_swapcache(folio))
1299                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1300         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1301         /*
1302          * The non racy check for a busy page.
1303          *
1304          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1305          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
1306          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
1307          * here, then the following race may occur:
1308          *
1309          * get_user_pages(&page);
1310          * [user mapping goes away]
1311          * write_to(page);
1312          *                              !PageDirty(page)    [good]
1313          * SetPageDirty(page);
1314          * put_page(page);
1315          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
1316          *
1317          * [oops, our write_to data is lost]
1318          *
1319          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1320          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
1321          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
1322          *
1323          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
1324          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1325          */
1326         refcount = 1 + folio_nr_pages(folio);
1327         if (!folio_ref_freeze(folio, refcount))
1328                 goto cannot_free;
1329         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
1330         if (unlikely(folio_test_dirty(folio))) {
1331                 folio_ref_unfreeze(folio, refcount);
1332                 goto cannot_free;
1333         }
1334
1335         if (folio_test_swapcache(folio)) {
1336                 swp_entry_t swap = folio_swap_entry(folio);
1337                 mem_cgroup_swapout(folio, swap);
1338                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1339                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1340                 __delete_from_swap_cache(folio, swap, shadow);
1341                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1342                 put_swap_page(&folio->page, swap);
1343         } else {
1344                 void (*free_folio)(struct folio *);
1345
1346                 free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
1347                 /*
1348                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1349                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1350                  *
1351                  * But don't store shadows in an address space that is
1352                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1353                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1354                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1355                  * back.
1356                  *
1357                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1358                  * only page cache pages found in these are zero pages
1359                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1360                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1361                  * same address_space.
1362                  */
1363                 if (reclaimed && folio_is_file_lru(folio) &&
1364                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1365                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1366                 __filemap_remove_folio(folio, shadow);
1367                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1368                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1369                         inode_add_lru(mapping->host);
1370                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1371
1372                 if (free_folio)
1373                         free_folio(folio);
1374         }
1375
1376         return 1;
1377
1378 cannot_free:
1379         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1380         if (!folio_test_swapcache(folio))
1381                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1382         return 0;
1383 }
1384
1385 /**
1386  * remove_mapping() - Attempt to remove a folio from its mapping.
1387  * @mapping: The address space.
1388  * @folio: The folio to remove.
1389  *
1390  * If the folio is dirty, under writeback or if someone else has a ref
1391  * on it, removal will fail.
1392  * Return: The number of pages removed from the mapping.  0 if the folio
1393  * could not be removed.
1394  * Context: The caller should have a single refcount on the folio and
1395  * hold its lock.
1396  */
1397 long remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
1398 {
1399         if (__remove_mapping(mapping, folio, false, NULL)) {
1400                 /*
1401                  * Unfreezing the refcount with 1 effectively
1402                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1403                  * atomic operation.
1404                  */
1405                 folio_ref_unfreeze(folio, 1);
1406                 return folio_nr_pages(folio);
1407         }
1408         return 0;
1409 }
1410
1411 /**
1412  * folio_putback_lru - Put previously isolated folio onto appropriate LRU list.
1413  * @folio: Folio to be returned to an LRU list.
1414  *
1415  * Add previously isolated @folio to appropriate LRU list.
1416  * The folio may still be unevictable for other reasons.
1417  *
1418  * Context: lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1419  */
1420 void folio_putback_lru(struct folio *folio)
1421 {
1422         folio_add_lru(folio);
1423         folio_put(folio);               /* drop ref from isolate */
1424 }
1425
1426 enum page_references {
1427         PAGEREF_RECLAIM,
1428         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1429         PAGEREF_KEEP,
1430         PAGEREF_ACTIVATE,
1431 };
1432
1433 static enum page_references folio_check_references(struct folio *folio,
1434                                                   struct scan_control *sc)
1435 {
1436         int referenced_ptes, referenced_folio;
1437         unsigned long vm_flags;
1438
1439         referenced_ptes = folio_referenced(folio, 1, sc->target_mem_cgroup,
1440                                            &vm_flags);
1441         referenced_folio = folio_test_clear_referenced(folio);
1442
1443         /*
1444          * The supposedly reclaimable folio was found to be in a VM_LOCKED vma.
1445          * Let the folio, now marked Mlocked, be moved to the unevictable list.
1446          */
1447         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1448                 return PAGEREF_ACTIVATE;
1449
1450         /* rmap lock contention: rotate */
1451         if (referenced_ptes == -1)
1452                 return PAGEREF_KEEP;
1453
1454         if (referenced_ptes) {
1455                 /*
1456                  * All mapped folios start out with page table
1457                  * references from the instantiating fault, so we need
1458                  * to look twice if a mapped file/anon folio is used more
1459                  * than once.
1460                  *
1461                  * Mark it and spare it for another trip around the
1462                  * inactive list.  Another page table reference will
1463                  * lead to its activation.
1464                  *
1465                  * Note: the mark is set for activated folios as well
1466                  * so that recently deactivated but used folios are
1467                  * quickly recovered.
1468                  */
1469                 folio_set_referenced(folio);
1470
1471                 if (referenced_folio || referenced_ptes > 1)
1472                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1473
1474                 /*
1475                  * Activate file-backed executable folios after first usage.
1476                  */
1477                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio))
1478                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1479
1480                 return PAGEREF_KEEP;
1481         }
1482
1483         /* Reclaim if clean, defer dirty folios to writeback */
1484         if (referenced_folio && folio_is_file_lru(folio))
1485                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1486
1487         return PAGEREF_RECLAIM;
1488 }
1489
1490 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1491 static void folio_check_dirty_writeback(struct folio *folio,
1492                                        bool *dirty, bool *writeback)
1493 {
1494         struct address_space *mapping;
1495
1496         /*
1497          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1498          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them.
1499          * MADV_FREE anonymous pages are put into inactive file list too.
1500          * They could be mistakenly treated as file lru. So further anon
1501          * test is needed.
1502          */
1503         if (!folio_is_file_lru(folio) ||
1504             (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio))) {
1505                 *dirty = false;
1506                 *writeback = false;
1507                 return;
1508         }
1509
1510         /* By default assume that the folio flags are accurate */
1511         *dirty = folio_test_dirty(folio);
1512         *writeback = folio_test_writeback(folio);
1513
1514         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1515         if (!folio_test_private(folio))
1516                 return;
1517
1518         mapping = folio_mapping(folio);
1519         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1520                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(folio, dirty, writeback);
1521 }
1522
1523 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long node)
1524 {
1525         struct migration_target_control mtc = {
1526                 /*
1527                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1528                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1529                  * instead of migrated.
1530                  */
1531                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) |
1532                             __GFP_THISNODE  | __GFP_NOWARN |
1533                             __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1534                 .nid = node
1535         };
1536
1537         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)&mtc);
1538 }
1539
1540 /*
1541  * Take pages on @demote_list and attempt to demote them to
1542  * another node.  Pages which are not demoted are left on
1543  * @demote_pages.
1544  */
1545 static unsigned int demote_page_list(struct list_head *demote_pages,
1546                                      struct pglist_data *pgdat)
1547 {
1548         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1549         unsigned int nr_succeeded;
1550
1551         if (list_empty(demote_pages))
1552                 return 0;
1553
1554         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1555                 return 0;
1556
1557         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1558         migrate_pages(demote_pages, alloc_demote_page, NULL,
1559                             target_nid, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1560                             &nr_succeeded);
1561
1562         if (current_is_kswapd())
1563                 __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD, nr_succeeded);
1564         else
1565                 __count_vm_events(PGDEMOTE_DIRECT, nr_succeeded);
1566
1567         return nr_succeeded;
1568 }
1569
1570 static bool may_enter_fs(struct folio *folio, gfp_t gfp_mask)
1571 {
1572         if (gfp_mask & __GFP_FS)
1573                 return true;
1574         if (!folio_test_swapcache(folio) || !(gfp_mask & __GFP_IO))
1575                 return false;
1576         /*
1577          * We can "enter_fs" for swap-cache with only __GFP_IO
1578          * providing this isn't SWP_FS_OPS.
1579          * ->flags can be updated non-atomicially (scan_swap_map_slots),
1580          * but that will never affect SWP_FS_OPS, so the data_race
1581          * is safe.
1582          */
1583         return !data_race(folio_swap_flags(folio) & SWP_FS_OPS);
1584 }
1585
1586 /*
1587  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1588  */
1589 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1590                                      struct pglist_data *pgdat,
1591                                      struct scan_control *sc,
1592                                      struct reclaim_stat *stat,
1593                                      bool ignore_references)
1594 {
1595         LIST_HEAD(ret_pages);
1596         LIST_HEAD(free_pages);
1597         LIST_HEAD(demote_pages);
1598         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1599         unsigned int pgactivate = 0;
1600         bool do_demote_pass;
1601         struct swap_iocb *plug = NULL;
1602
1603         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1604         cond_resched();
1605         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1606
1607 retry:
1608         while (!list_empty(page_list)) {
1609                 struct address_space *mapping;
1610                 struct folio *folio;
1611                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1612                 bool dirty, writeback;
1613                 unsigned int nr_pages;
1614
1615                 cond_resched();
1616
1617                 folio = lru_to_folio(page_list);
1618                 list_del(&folio->lru);
1619
1620                 if (!folio_trylock(folio))
1621                         goto keep;
1622
1623                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
1624
1625                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1626
1627                 /* Account the number of base pages */
1628                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1629
1630                 if (unlikely(!folio_evictable(folio)))
1631                         goto activate_locked;
1632
1633                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
1634                         goto keep_locked;
1635
1636                 /*
1637                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1638                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1639                  * folios if the tail of the LRU is all dirty unqueued folios.
1640                  */
1641                 folio_check_dirty_writeback(folio, &dirty, &writeback);
1642                 if (dirty || writeback)
1643                         stat->nr_dirty += nr_pages;
1644
1645                 if (dirty && !writeback)
1646                         stat->nr_unqueued_dirty += nr_pages;
1647
1648                 /*
1649                  * Treat this folio as congested if folios are cycling
1650                  * through the LRU so quickly that the folios marked
1651                  * for immediate reclaim are making it to the end of
1652                  * the LRU a second time.
1653                  */
1654                 if (writeback && folio_test_reclaim(folio))
1655                         stat->nr_congested += nr_pages;
1656
1657                 /*
1658                  * If a folio at the tail of the LRU is under writeback, there
1659                  * are three cases to consider.
1660                  *
1661                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number
1662                  *    of folios under writeback and this folio has both
1663                  *    the writeback and reclaim flags set, then it
1664                  *    indicates that folios are being queued for I/O but
1665                  *    are being recycled through the LRU before the I/O
1666                  *    can complete. Waiting on the folio itself risks an
1667                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback
1668                  *    the folio due to I/O error or disconnected storage
1669                  *    so instead note that the LRU is being scanned too
1670                  *    quickly and the caller can stall after the folio
1671                  *    list has been processed.
1672                  *
1673                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a folio that is
1674                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1675                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1676                  *    not to fs). In this case mark the folio for immediate
1677                  *    reclaim and continue scanning.
1678                  *
1679                  *    Require may_enter_fs() because we would wait on fs, which
1680                  *    may not have submitted I/O yet. And the loop driver might
1681                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a folio for
1682                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1683                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1684                  *    would probably show more reasons.
1685                  *
1686                  * 3) Legacy memcg encounters a folio that already has the
1687                  *    reclaim flag set. memcg does not have any dirty folio
1688                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1689                  *    folios are in writeback and there is nothing else to
1690                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1691                  *
1692                  * In cases 1) and 2) we activate the folios to get them out of
1693                  * the way while we continue scanning for clean folios on the
1694                  * inactive list and refilling from the active list. The
1695                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1696                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1697                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1698                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1699                  * takes to write them to disk.
1700                  */
1701                 if (folio_test_writeback(folio)) {
1702                         /* Case 1 above */
1703                         if (current_is_kswapd() &&
1704                             folio_test_reclaim(folio) &&
1705                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1706                                 stat->nr_immediate += nr_pages;
1707                                 goto activate_locked;
1708
1709                         /* Case 2 above */
1710                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1711                             !folio_test_reclaim(folio) ||
1712                             !may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask)) {
1713                                 /*
1714                                  * This is slightly racy -
1715                                  * folio_end_writeback() might have
1716                                  * just cleared the reclaim flag, then
1717                                  * setting the reclaim flag here ends up
1718                                  * interpreted as the readahead flag - but
1719                                  * that does not matter enough to care.
1720                                  * What we do want is for this folio to
1721                                  * have the reclaim flag set next time
1722                                  * memcg reclaim reaches the tests above,
1723                                  * so it will then wait for writeback to
1724                                  * avoid OOM; and it's also appropriate
1725                                  * in global reclaim.
1726                                  */
1727                                 folio_set_reclaim(folio);
1728                                 stat->nr_writeback += nr_pages;
1729                                 goto activate_locked;
1730
1731                         /* Case 3 above */
1732                         } else {
1733                                 folio_unlock(folio);
1734                                 folio_wait_writeback(folio);
1735                                 /* then go back and try same folio again */
1736                                 list_add_tail(&folio->lru, page_list);
1737                                 continue;
1738                         }
1739                 }
1740
1741                 if (!ignore_references)
1742                         references = folio_check_references(folio, sc);
1743
1744                 switch (references) {
1745                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1746                         goto activate_locked;
1747                 case PAGEREF_KEEP:
1748                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1749                         goto keep_locked;
1750                 case PAGEREF_RECLAIM:
1751                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1752                         ; /* try to reclaim the folio below */
1753                 }
1754
1755                 /*
1756                  * Before reclaiming the folio, try to relocate
1757                  * its contents to another node.
1758                  */
1759                 if (do_demote_pass &&
1760                     (thp_migration_supported() || !folio_test_large(folio))) {
1761                         list_add(&folio->lru, &demote_pages);
1762                         folio_unlock(folio);
1763                         continue;
1764                 }
1765
1766                 /*
1767                  * Anonymous process memory has backing store?
1768                  * Try to allocate it some swap space here.
1769                  * Lazyfree folio could be freed directly
1770                  */
1771                 if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio)) {
1772                         if (!folio_test_swapcache(folio)) {
1773                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1774                                         goto keep_locked;
1775                                 if (folio_maybe_dma_pinned(folio))
1776                                         goto keep_locked;
1777                                 if (folio_test_large(folio)) {
1778                                         /* cannot split folio, skip it */
1779                                         if (!can_split_folio(folio, NULL))
1780                                                 goto activate_locked;
1781                                         /*
1782                                          * Split folios without a PMD map right
1783                                          * away. Chances are some or all of the
1784                                          * tail pages can be freed without IO.
1785                                          */
1786                                         if (!folio_entire_mapcount(folio) &&
1787                                             split_folio_to_list(folio,
1788                                                                 page_list))
1789                                                 goto activate_locked;
1790                                 }
1791                                 if (!add_to_swap(folio)) {
1792                                         if (!folio_test_large(folio))
1793                                                 goto activate_locked_split;
1794                                         /* Fallback to swap normal pages */
1795                                         if (split_folio_to_list(folio,
1796                                                                 page_list))
1797                                                 goto activate_locked;
1798 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1799                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1800 #endif
1801                                         if (!add_to_swap(folio))
1802                                                 goto activate_locked_split;
1803                                 }
1804                         }
1805                 } else if (folio_test_swapbacked(folio) &&
1806                            folio_test_large(folio)) {
1807                         /* Split shmem folio */
1808                         if (split_folio_to_list(folio, page_list))
1809                                 goto keep_locked;
1810                 }
1811
1812                 /*
1813                  * If the folio was split above, the tail pages will make
1814                  * their own pass through this function and be accounted
1815                  * then.
1816                  */
1817                 if ((nr_pages > 1) && !folio_test_large(folio)) {
1818                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1819                         nr_pages = 1;
1820                 }
1821
1822                 /*
1823                  * The folio is mapped into the page tables of one or more
1824                  * processes. Try to unmap it here.
1825                  */
1826                 if (folio_mapped(folio)) {
1827                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1828                         bool was_swapbacked = folio_test_swapbacked(folio);
1829
1830                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
1831                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1832
1833                         try_to_unmap(folio, flags);
1834                         if (folio_mapped(folio)) {
1835                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1836                                 if (!was_swapbacked &&
1837                                     folio_test_swapbacked(folio))
1838                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1839                                 goto activate_locked;
1840                         }
1841                 }
1842
1843                 mapping = folio_mapping(folio);
1844                 if (folio_test_dirty(folio)) {
1845                         /*
1846                          * Only kswapd can writeback filesystem folios
1847                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1848                          * injecting inefficient single-folio I/O into
1849                          * flusher writeback as much as possible: only
1850                          * write folios when we've encountered many
1851                          * dirty folios, and when we've already scanned
1852                          * the rest of the LRU for clean folios and see
1853                          * the same dirty folios again (with the reclaim
1854                          * flag set).
1855                          */
1856                         if (folio_is_file_lru(folio) &&
1857                             (!current_is_kswapd() ||
1858                              !folio_test_reclaim(folio) ||
1859                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1860                                 /*
1861                                  * Immediately reclaim when written back.
1862                                  * Similar in principle to deactivate_page()
1863                                  * except we already have the folio isolated
1864                                  * and know it's dirty
1865                                  */
1866                                 node_stat_mod_folio(folio, NR_VMSCAN_IMMEDIATE,
1867                                                 nr_pages);
1868                                 folio_set_reclaim(folio);
1869
1870                                 goto activate_locked;
1871                         }
1872
1873                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1874                                 goto keep_locked;
1875                         if (!may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask))
1876                                 goto keep_locked;
1877                         if (!sc->may_writepage)
1878                                 goto keep_locked;
1879
1880                         /*
1881                          * Folio is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1882                          * potentially exists to avoid CPU writes after I/O
1883                          * starts and then write it out here.
1884                          */
1885                         try_to_unmap_flush_dirty();
1886                         switch (pageout(folio, mapping, &plug)) {
1887                         case PAGE_KEEP:
1888                                 goto keep_locked;
1889                         case PAGE_ACTIVATE:
1890                                 goto activate_locked;
1891                         case PAGE_SUCCESS:
1892                                 stat->nr_pageout += nr_pages;
1893
1894                                 if (folio_test_writeback(folio))
1895                                         goto keep;
1896                                 if (folio_test_dirty(folio))
1897                                         goto keep;
1898
1899                                 /*
1900                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1901                                  * ahead and try to reclaim the folio.
1902                                  */
1903                                 if (!folio_trylock(folio))
1904                                         goto keep;
1905                                 if (folio_test_dirty(folio) ||
1906                                     folio_test_writeback(folio))
1907                                         goto keep_locked;
1908                                 mapping = folio_mapping(folio);
1909                                 fallthrough;
1910                         case PAGE_CLEAN:
1911                                 ; /* try to free the folio below */
1912                         }
1913                 }
1914
1915                 /*
1916                  * If the folio has buffers, try to free the buffer
1917                  * mappings associated with this folio. If we succeed
1918                  * we try to free the folio as well.
1919                  *
1920                  * We do this even if the folio is dirty.
1921                  * filemap_release_folio() does not perform I/O, but it
1922                  * is possible for a folio to have the dirty flag set,
1923                  * but it is actually clean (all its buffers are clean).
1924                  * This happens if the buffers were written out directly,
1925                  * with submit_bh(). ext3 will do this, as well as
1926                  * the blockdev mapping.  filemap_release_folio() will
1927                  * discover that cleanness and will drop the buffers
1928                  * and mark the folio clean - it can be freed.
1929                  *
1930                  * Rarely, folios can have buffers and no ->mapping.
1931                  * These are the folios which were not successfully
1932                  * invalidated in truncate_cleanup_folio().  We try to
1933                  * drop those buffers here and if that worked, and the
1934                  * folio is no longer mapped into process address space
1935                  * (refcount == 1) it can be freed.  Otherwise, leave
1936                  * the folio on the LRU so it is swappable.
1937                  */
1938                 if (folio_has_private(folio)) {
1939                         if (!filemap_release_folio(folio, sc->gfp_mask))
1940                                 goto activate_locked;
1941                         if (!mapping && folio_ref_count(folio) == 1) {
1942                                 folio_unlock(folio);
1943                                 if (folio_put_testzero(folio))
1944                                         goto free_it;
1945                                 else {
1946                                         /*
1947                                          * rare race with speculative reference.
1948                                          * the speculative reference will free
1949                                          * this folio shortly, so we may
1950                                          * increment nr_reclaimed here (and
1951                                          * leave it off the LRU).
1952                                          */
1953                                         nr_reclaimed += nr_pages;
1954                                         continue;
1955                                 }
1956                         }
1957                 }
1958
1959                 if (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio)) {
1960                         /* follow __remove_mapping for reference */
1961                         if (!folio_ref_freeze(folio, 1))
1962                                 goto keep_locked;
1963                         /*
1964                          * The folio has only one reference left, which is
1965                          * from the isolation. After the caller puts the
1966                          * folio back on the lru and drops the reference, the
1967                          * folio will be freed anyway. It doesn't matter
1968                          * which lru it goes on. So we don't bother checking
1969                          * the dirty flag here.
1970                          */
1971                         count_vm_events(PGLAZYFREED, nr_pages);
1972                         count_memcg_folio_events(folio, PGLAZYFREED, nr_pages);
1973                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, folio, true,
1974                                                          sc->target_mem_cgroup))
1975                         goto keep_locked;
1976
1977                 folio_unlock(folio);
1978 free_it:
1979                 /*
1980                  * Folio may get swapped out as a whole, need to account
1981                  * all pages in it.
1982                  */
1983                 nr_reclaimed += nr_pages;
1984
1985                 /*
1986                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1987                  * appear not as the counts should be low
1988                  */
1989                 if (unlikely(folio_test_large(folio)))
1990                         destroy_large_folio(folio);
1991                 else
1992                         list_add(&folio->lru, &free_pages);
1993                 continue;
1994
1995 activate_locked_split:
1996                 /*
1997                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1998                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1999                  */
2000                 if (nr_pages > 1) {
2001                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
2002                         nr_pages = 1;
2003                 }
2004 activate_locked:
2005                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
2006                 if (folio_test_swapcache(folio) &&
2007                     (mem_cgroup_swap_full(&folio->page) ||
2008                      folio_test_mlocked(folio)))
2009                         try_to_free_swap(&folio->page);
2010                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
2011                 if (!folio_test_mlocked(folio)) {
2012                         int type = folio_is_file_lru(folio);
2013                         folio_set_active(folio);
2014                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
2015                         count_memcg_folio_events(folio, PGACTIVATE, nr_pages);
2016                 }
2017 keep_locked:
2018                 folio_unlock(folio);
2019 keep:
2020                 list_add(&folio->lru, &ret_pages);
2021                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio) ||
2022                                 folio_test_unevictable(folio), folio);
2023         }
2024         /* 'page_list' is always empty here */
2025
2026         /* Migrate folios selected for demotion */
2027         nr_reclaimed += demote_page_list(&demote_pages, pgdat);
2028         /* Folios that could not be demoted are still in @demote_pages */
2029         if (!list_empty(&demote_pages)) {
2030                 /* Folios which weren't demoted go back on @page_list for retry: */
2031                 list_splice_init(&demote_pages, page_list);
2032                 do_demote_pass = false;
2033                 goto retry;
2034         }
2035
2036         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
2037
2038         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
2039         try_to_unmap_flush();
2040         free_unref_page_list(&free_pages);
2041
2042         list_splice(&ret_pages, page_list);
2043         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
2044
2045         if (plug)
2046                 swap_write_unplug(plug);
2047         return nr_reclaimed;
2048 }
2049
2050 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
2051                                             struct list_head *folio_list)
2052 {
2053         struct scan_control sc = {
2054                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2055                 .may_unmap = 1,
2056         };
2057         struct reclaim_stat stat;
2058         unsigned int nr_reclaimed;
2059         struct folio *folio, *next;
2060         LIST_HEAD(clean_folios);
2061         unsigned int noreclaim_flag;
2062
2063         list_for_each_entry_safe(folio, next, folio_list, lru) {
2064                 if (!folio_test_hugetlb(folio) && folio_is_file_lru(folio) &&
2065                     !folio_test_dirty(folio) && !__folio_test_movable(folio) &&
2066                     !folio_test_unevictable(folio)) {
2067                         folio_clear_active(folio);
2068                         list_move(&folio->lru, &clean_folios);
2069                 }
2070         }
2071
2072         /*
2073          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
2074          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
2075          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
2076          * change in the future.
2077          */
2078         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2079         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_folios, zone->zone_pgdat, &sc,
2080                                         &stat, true);
2081         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2082
2083         list_splice(&clean_folios, folio_list);
2084         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2085                             -(long)nr_reclaimed);
2086         /*
2087          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
2088          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
2089          * discard so isolated count will be mismatched.
2090          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
2091          */
2092         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
2093                             stat.nr_lazyfree_fail);
2094         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2095                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
2096         return nr_reclaimed;
2097 }
2098
2099 /*
2100  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2101  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2102  */
2103 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2104                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2105 {
2106         int zid;
2107
2108         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2109                 if (!nr_zone_taken[zid])
2110                         continue;
2111
2112                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2113         }
2114
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2119  *
2120  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2121  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2122  * and working on them outside the LRU lock.
2123  *
2124  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2125  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2126  *
2127  * Lru_lock must be held before calling this function.
2128  *
2129  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2130  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2131  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2132  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2133  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2134  * @lru:        LRU list id for isolating
2135  *
2136  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2137  */
2138 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
2139                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2140                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2141                 enum lru_list lru)
2142 {
2143         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2144         unsigned long nr_taken = 0;
2145         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2146         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2147         unsigned long skipped = 0;
2148         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2149         LIST_HEAD(folios_skipped);
2150
2151         total_scan = 0;
2152         scan = 0;
2153         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2154                 struct list_head *move_to = src;
2155                 struct folio *folio;
2156
2157                 folio = lru_to_folio(src);
2158                 prefetchw_prev_lru_folio(folio, src, flags);
2159
2160                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2161                 total_scan += nr_pages;
2162
2163                 if (folio_zonenum(folio) > sc->reclaim_idx) {
2164                         nr_skipped[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2165                         move_to = &folios_skipped;
2166                         goto move;
2167                 }
2168
2169                 /*
2170                  * Do not count skipped folios because that makes the function
2171                  * return with no isolated folios if the LRU mostly contains
2172                  * ineligible folios.  This causes the VM to not reclaim any
2173                  * folios, triggering a premature OOM.
2174                  * Account all pages in a folio.
2175                  */
2176                 scan += nr_pages;
2177
2178                 if (!folio_test_lru(folio))
2179                         goto move;
2180                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
2181                         goto move;
2182
2183                 /*
2184                  * Be careful not to clear the lru flag until after we're
2185                  * sure the folio is not being freed elsewhere -- the
2186                  * folio release code relies on it.
2187                  */
2188                 if (unlikely(!folio_try_get(folio)))
2189                         goto move;
2190
2191                 if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
2192                         /* Another thread is already isolating this folio */
2193                         folio_put(folio);
2194                         goto move;
2195                 }
2196
2197                 nr_taken += nr_pages;
2198                 nr_zone_taken[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2199                 move_to = dst;
2200 move:
2201                 list_move(&folio->lru, move_to);
2202         }
2203
2204         /*
2205          * Splice any skipped folios to the start of the LRU list. Note that
2206          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2207          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2208          * scanning would soon rescan the same folios to skip and waste lots
2209          * of cpu cycles.
2210          */
2211         if (!list_empty(&folios_skipped)) {
2212                 int zid;
2213
2214                 list_splice(&folios_skipped, src);
2215                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2216                         if (!nr_skipped[zid])
2217                                 continue;
2218
2219                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2220                         skipped += nr_skipped[zid];
2221                 }
2222         }
2223         *nr_scanned = total_scan;
2224         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2225                                     total_scan, skipped, nr_taken,
2226                                     sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED, lru);
2227         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2228         return nr_taken;
2229 }
2230
2231 /**
2232  * folio_isolate_lru() - Try to isolate a folio from its LRU list.
2233  * @folio: Folio to isolate from its LRU list.
2234  *
2235  * Isolate a @folio from an LRU list and adjust the vmstat statistic
2236  * corresponding to whatever LRU list the folio was on.
2237  *
2238  * The folio will have its LRU flag cleared.  If it was found on the
2239  * active list, it will have the Active flag set.  If it was found on the
2240  * unevictable list, it will have the Unevictable flag set.  These flags
2241  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2242  *
2243  * Context:
2244  *
2245  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
2246  *     fundamental difference from isolate_lru_pages() (which is called
2247  *     without a stable reference).
2248  * (2) The lru_lock must not be held.
2249  * (3) Interrupts must be enabled.
2250  *
2251  * Return: 0 if the folio was removed from an LRU list.
2252  * -EBUSY if the folio was not on an LRU list.
2253  */
2254 int folio_isolate_lru(struct folio *folio)
2255 {
2256         int ret = -EBUSY;
2257
2258         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_ref_count(folio), folio);
2259
2260         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
2261                 struct lruvec *lruvec;
2262
2263                 folio_get(folio);
2264                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2265                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
2266                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2267                 ret = 0;
2268         }
2269
2270         return ret;
2271 }
2272
2273 /*
2274  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2275  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2276  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2277  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2278  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2279  */
2280 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2281                 struct scan_control *sc)
2282 {
2283         unsigned long inactive, isolated;
2284         bool too_many;
2285
2286         if (current_is_kswapd())
2287                 return 0;
2288
2289         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2290                 return 0;
2291
2292         if (file) {
2293                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2294                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2295         } else {
2296                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2297                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2298         }
2299
2300         /*
2301          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2302          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2303          * deadlock.
2304          */
2305         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2306                 inactive >>= 3;
2307
2308         too_many = isolated > inactive;
2309
2310         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2311         if (!too_many)
2312                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2313
2314         return too_many;
2315 }
2316
2317 /*
2318  * move_pages_to_lru() moves folios from private @list to appropriate LRU list.
2319  * On return, @list is reused as a list of folios to be freed by the caller.
2320  *
2321  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2322  */
2323 static unsigned int move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2324                                       struct list_head *list)
2325 {
2326         int nr_pages, nr_moved = 0;
2327         LIST_HEAD(folios_to_free);
2328
2329         while (!list_empty(list)) {
2330                 struct folio *folio = lru_to_folio(list);
2331
2332                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
2333                 list_del(&folio->lru);
2334                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2335                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2336                         folio_putback_lru(folio);
2337                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2338                         continue;
2339                 }
2340
2341                 /*
2342                  * The folio_set_lru needs to be kept here for list integrity.
2343                  * Otherwise:
2344                  *   #0 move_pages_to_lru             #1 release_pages
2345                  *   if (!folio_put_testzero())
2346                  *                                    if (folio_put_testzero())
2347                  *                                      !lru //skip lru_lock
2348                  *     folio_set_lru()
2349                  *     list_add(&folio->lru,)
2350                  *                                        list_add(&folio->lru,)
2351                  */
2352                 folio_set_lru(folio);
2353
2354                 if (unlikely(folio_put_testzero(folio))) {
2355                         __folio_clear_lru_flags(folio);
2356
2357                         if (unlikely(folio_test_large(folio))) {
2358                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2359                                 destroy_large_folio(folio);
2360                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2361                         } else
2362                                 list_add(&folio->lru, &folios_to_free);
2363
2364                         continue;
2365                 }
2366
2367                 /*
2368                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2369                  * inhibits memcg migration).
2370                  */
2371                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_matches_lruvec(folio, lruvec), folio);
2372                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
2373                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2374                 nr_moved += nr_pages;
2375                 if (folio_test_active(folio))
2376                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2377         }
2378
2379         /*
2380          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2381          */
2382         list_splice(&folios_to_free, list);
2383
2384         return nr_moved;
2385 }
2386
2387 /*
2388  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services a backing
2389  * device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE. In this case
2390  * we should not throttle.  Otherwise it is safe to do so.
2391  */
2392 static int current_may_throttle(void)
2393 {
2394         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE);
2395 }
2396
2397 /*
2398  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2399  * of reclaimed pages
2400  */
2401 static unsigned long
2402 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
2403                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
2404 {
2405         LIST_HEAD(page_list);
2406         unsigned long nr_scanned;
2407         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2408         unsigned long nr_taken;
2409         struct reclaim_stat stat;
2410         bool file = is_file_lru(lru);
2411         enum vm_event_item item;
2412         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2413         bool stalled = false;
2414
2415         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2416                 if (stalled)
2417                         return 0;
2418
2419                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2420                 stalled = true;
2421                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2422
2423                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2424                 if (fatal_signal_pending(current))
2425                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2426         }
2427
2428         lru_add_drain();
2429
2430         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2431
2432         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
2433                                      &nr_scanned, sc, lru);
2434
2435         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2436         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
2437         if (!cgroup_reclaim(sc))
2438                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2439         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2440         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2441
2442         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2443
2444         if (nr_taken == 0)
2445                 return 0;
2446
2447         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
2448
2449         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2450         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2451
2452         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2453         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2454         if (!cgroup_reclaim(sc))
2455                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2456         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2457         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2458         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2459
2460         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
2461         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2462         free_unref_page_list(&page_list);
2463
2464         /*
2465          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2466          * implies that flushers are not doing their job. This can
2467          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2468          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2469          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2470          * dirty pages grows not through writes but through memory
2471          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2472          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2473          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2474          */
2475         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2476                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2477
2478         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2479         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2480         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2481         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2482         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2483         sc->nr.taken += nr_taken;
2484         if (file)
2485                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2486
2487         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2488                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2489         return nr_reclaimed;
2490 }
2491
2492 /*
2493  * shrink_active_list() moves folios from the active LRU to the inactive LRU.
2494  *
2495  * We move them the other way if the folio is referenced by one or more
2496  * processes.
2497  *
2498  * If the folios are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2499  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2500  * the folios are mapped, the processing is slow (folio_referenced()), so
2501  * we should drop lru_lock around each folio.  It's impossible to balance
2502  * this, so instead we remove the folios from the LRU while processing them.
2503  * It is safe to rely on the active flag against the non-LRU folios in here
2504  * because nobody will play with that bit on a non-LRU folio.
2505  *
2506  * The downside is that we have to touch folio->_refcount against each folio.
2507  * But we had to alter folio->flags anyway.
2508  */
2509 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2510                                struct lruvec *lruvec,
2511                                struct scan_control *sc,
2512                                enum lru_list lru)
2513 {
2514         unsigned long nr_taken;
2515         unsigned long nr_scanned;
2516         unsigned long vm_flags;
2517         LIST_HEAD(l_hold);      /* The folios which were snipped off */
2518         LIST_HEAD(l_active);
2519         LIST_HEAD(l_inactive);
2520         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2521         unsigned nr_rotated = 0;
2522         int file = is_file_lru(lru);
2523         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2524
2525         lru_add_drain();
2526
2527         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2528
2529         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2530                                      &nr_scanned, sc, lru);
2531
2532         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2533
2534         if (!cgroup_reclaim(sc))
2535                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2536         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2537
2538         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2539
2540         while (!list_empty(&l_hold)) {
2541                 struct folio *folio;
2542
2543                 cond_resched();
2544                 folio = lru_to_folio(&l_hold);
2545                 list_del(&folio->lru);
2546
2547                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2548                         folio_putback_lru(folio);
2549                         continue;
2550                 }
2551
2552                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2553                         if (folio_test_private(folio) && folio_trylock(folio)) {
2554                                 if (folio_test_private(folio))
2555                                         filemap_release_folio(folio, 0);
2556                                 folio_unlock(folio);
2557                         }
2558                 }
2559
2560                 /* Referenced or rmap lock contention: rotate */
2561                 if (folio_referenced(folio, 0, sc->target_mem_cgroup,
2562                                      &vm_flags) != 0) {
2563                         /*
2564                          * Identify referenced, file-backed active folios and
2565                          * give them one more trip around the active list. So
2566                          * that executable code get better chances to stay in
2567                          * memory under moderate memory pressure.  Anon folios
2568                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2569                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC folios,
2570                          * so we ignore them here.
2571                          */
2572                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio)) {
2573                                 nr_rotated += folio_nr_pages(folio);
2574                                 list_add(&folio->lru, &l_active);
2575                                 continue;
2576                         }
2577                 }
2578
2579                 folio_clear_active(folio);      /* we are de-activating */
2580                 folio_set_workingset(folio);
2581                 list_add(&folio->lru, &l_inactive);
2582         }
2583
2584         /*
2585          * Move folios back to the lru list.
2586          */
2587         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2588
2589         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2590         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2591         /* Keep all free folios in l_active list */
2592         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2593
2594         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2595         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2596
2597         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2598         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2599
2600         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2601         free_unref_page_list(&l_active);
2602         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2603                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2604 }
2605
2606 static unsigned int reclaim_page_list(struct list_head *page_list,
2607                                       struct pglist_data *pgdat)
2608 {
2609         struct reclaim_stat dummy_stat;
2610         unsigned int nr_reclaimed;
2611         struct folio *folio;
2612         struct scan_control sc = {
2613                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2614                 .may_writepage = 1,
2615                 .may_unmap = 1,
2616                 .may_swap = 1,
2617                 .no_demotion = 1,
2618         };
2619
2620         nr_reclaimed = shrink_page_list(page_list, pgdat, &sc, &dummy_stat, false);
2621         while (!list_empty(page_list)) {
2622                 folio = lru_to_folio(page_list);
2623                 list_del(&folio->lru);
2624                 folio_putback_lru(folio);
2625         }
2626
2627         return nr_reclaimed;
2628 }
2629
2630 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *folio_list)
2631 {
2632         int nid;
2633         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2634         LIST_HEAD(node_folio_list);
2635         unsigned int noreclaim_flag;
2636
2637         if (list_empty(folio_list))
2638                 return nr_reclaimed;
2639
2640         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2641
2642         nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2643         do {
2644                 struct folio *folio = lru_to_folio(folio_list);
2645
2646                 if (nid == folio_nid(folio)) {
2647                         folio_clear_active(folio);
2648                         list_move(&folio->lru, &node_folio_list);
2649                         continue;
2650                 }
2651
2652                 nr_reclaimed += reclaim_page_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2653                 nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2654         } while (!list_empty(folio_list));
2655
2656         nr_reclaimed += reclaim_page_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2657
2658         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2659
2660         return nr_reclaimed;
2661 }
2662
2663 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2664                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2665 {
2666         if (is_active_lru(lru)) {
2667                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2668                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2669                 else
2670                         sc->skipped_deactivate = 1;
2671                 return 0;
2672         }
2673
2674         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2675 }
2676
2677 /*
2678  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2679  * to do too much work.
2680  *
2681  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2682  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2683  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2684  *
2685  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2686  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2687  *
2688  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2689  *
2690  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2691  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2692  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2693  *
2694  * total     target    max
2695  * memory    ratio     inactive
2696  * -------------------------------------
2697  *   10MB       1         5MB
2698  *  100MB       1        50MB
2699  *    1GB       3       250MB
2700  *   10GB      10       0.9GB
2701  *  100GB      31         3GB
2702  *    1TB     101        10GB
2703  *   10TB     320        32GB
2704  */
2705 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2706 {
2707         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2708         unsigned long inactive, active;
2709         unsigned long inactive_ratio;
2710         unsigned long gb;
2711
2712         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2713         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2714
2715         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2716         if (gb)
2717                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2718         else
2719                 inactive_ratio = 1;
2720
2721         return inactive * inactive_ratio < active;
2722 }
2723
2724 enum scan_balance {
2725         SCAN_EQUAL,
2726         SCAN_FRACT,
2727         SCAN_ANON,
2728         SCAN_FILE,
2729 };
2730
2731 /*
2732  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2733  * scanned.
2734  *
2735  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2736  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2737  */
2738 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2739                            unsigned long *nr)
2740 {
2741         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2742         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2743         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2744         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2745         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2746         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2747         enum scan_balance scan_balance;
2748         unsigned long ap, fp;
2749         enum lru_list lru;
2750
2751         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2752         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2753                 scan_balance = SCAN_FILE;
2754                 goto out;
2755         }
2756
2757         /*
2758          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2759          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2760          * disable swapping for individual groups completely when
2761          * using the memory controller's swap limit feature would be
2762          * too expensive.
2763          */
2764         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2765                 scan_balance = SCAN_FILE;
2766                 goto out;
2767         }
2768
2769         /*
2770          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2771          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2772          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2773          */
2774         if (!sc->priority && swappiness) {
2775                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2776                 goto out;
2777         }
2778
2779         /*
2780          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2781          */
2782         if (sc->file_is_tiny) {
2783                 scan_balance = SCAN_ANON;
2784                 goto out;
2785         }
2786
2787         /*
2788          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2789          * anything from the anonymous working right now.
2790          */
2791         if (sc->cache_trim_mode) {
2792                 scan_balance = SCAN_FILE;
2793                 goto out;
2794         }
2795
2796         scan_balance = SCAN_FRACT;
2797         /*
2798          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2799          *
2800          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2801          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2802          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2803          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2804          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2805          *
2806          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2807          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2808          * applied, before swappiness.
2809          *
2810          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2811          */
2812         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2813         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2814         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2815         total_cost = anon_cost + file_cost;
2816
2817         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2818         ap /= anon_cost + 1;
2819
2820         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2821         fp /= file_cost + 1;
2822
2823         fraction[0] = ap;
2824         fraction[1] = fp;
2825         denominator = ap + fp;
2826 out:
2827         for_each_evictable_lru(lru) {
2828                 int file = is_file_lru(lru);
2829                 unsigned long lruvec_size;
2830                 unsigned long low, min;
2831                 unsigned long scan;
2832
2833                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2834                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2835                                       &min, &low);
2836
2837                 if (min || low) {
2838                         /*
2839                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2840                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2841                          * setting.
2842                          *
2843                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2844                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2845                          * approach the memory protection threshold, to totally
2846                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2847                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2848                          * also means we simply get no protection at all if we
2849                          * set it too low, which is not ideal.
2850                          *
2851                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2852                          * pressure by how much of the total memory used is
2853                          * within protection thresholds.
2854                          *
2855                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2856                          * we skip over all groups that are within their low
2857                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2858                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2859                          * the best-effort low protection. However, we still
2860                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2861                          * that case instead of simply punishing them all
2862                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2863                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2864                          * again by how much of the total memory used is under
2865                          * hard protection.
2866                          */
2867                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2868                         unsigned long protection;
2869
2870                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2871                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2872                                 protection = low;
2873                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2874                         } else {
2875                                 protection = min;
2876                         }
2877
2878                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2879                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2880
2881                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2882                                 (cgroup_size + 1);
2883
2884                         /*
2885                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2886                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2887                          * sc->priority further than desirable.
2888                          */
2889                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2890                 } else {
2891                         scan = lruvec_size;
2892                 }
2893
2894                 scan >>= sc->priority;
2895
2896                 /*
2897                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2898                  * scrape out the remaining cache.
2899                  */
2900                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2901                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2902
2903                 switch (scan_balance) {
2904                 case SCAN_EQUAL:
2905                         /* Scan lists relative to size */
2906                         break;
2907                 case SCAN_FRACT:
2908                         /*
2909                          * Scan types proportional to swappiness and
2910                          * their relative recent reclaim efficiency.
2911                          * Make sure we don't miss the last page on
2912                          * the offlined memory cgroups because of a
2913                          * round-off error.
2914                          */
2915                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2916                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2917                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2918                                                   denominator);
2919                         break;
2920                 case SCAN_FILE:
2921                 case SCAN_ANON:
2922                         /* Scan one type exclusively */
2923                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2924                                 scan = 0;
2925                         break;
2926                 default:
2927                         /* Look ma, no brain */
2928                         BUG();
2929                 }
2930
2931                 nr[lru] = scan;
2932         }
2933 }
2934
2935 /*
2936  * Anonymous LRU management is a waste if there is
2937  * ultimately no way to reclaim the memory.
2938  */
2939 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
2940                                struct scan_control *sc)
2941 {
2942         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
2943         if (total_swap_pages > 0)
2944                 return true;
2945
2946         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
2947         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
2948 }
2949
2950 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2951 {
2952         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2953         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2954         unsigned long nr_to_scan;
2955         enum lru_list lru;
2956         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2957         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2958         struct blk_plug plug;
2959         bool scan_adjusted;
2960
2961         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2962
2963         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2964         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2965
2966         /*
2967          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2968          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2969          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2970          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2971          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2972          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2973          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2974          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2975          * dropped to zero at the first pass.
2976          */
2977         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2978                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2979
2980         blk_start_plug(&plug);
2981         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2982                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2983                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2984                 unsigned long nr_scanned;
2985
2986                 for_each_evictable_lru(lru) {
2987                         if (nr[lru]) {
2988                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2989                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2990
2991                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2992                                                             lruvec, sc);
2993                         }
2994                 }
2995
2996                 cond_resched();
2997
2998                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2999                         continue;
3000
3001                 /*
3002                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
3003                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
3004                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
3005                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
3006                  * proportional to the original scan target.
3007                  */
3008                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
3009                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
3010
3011                 /*
3012                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
3013                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
3014                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
3015                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
3016                  */
3017                 if (!nr_file || !nr_anon)
3018                         break;
3019
3020                 if (nr_file > nr_anon) {
3021                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
3022                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
3023                         lru = LRU_BASE;
3024                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
3025                 } else {
3026                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
3027                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
3028                         lru = LRU_FILE;
3029                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
3030                 }
3031
3032                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
3033                 nr[lru] = 0;
3034                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
3035
3036                 /*
3037                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
3038                  * scan target and the percentage scanning already complete
3039                  */
3040                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
3041                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
3042                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
3043                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
3044
3045                 lru += LRU_ACTIVE;
3046                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
3047                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
3048                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
3049
3050                 scan_adjusted = true;
3051         }
3052         blk_finish_plug(&plug);
3053         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
3054
3055         /*
3056          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
3057          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
3058          */
3059         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
3060             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3061                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3062                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3063 }
3064
3065 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
3066 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
3067 {
3068         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
3069                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
3070                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
3071                 return true;
3072
3073         return false;
3074 }
3075
3076 /*
3077  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
3078  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
3079  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
3080  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
3081  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
3082  */
3083 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
3084                                         unsigned long nr_reclaimed,
3085                                         struct scan_control *sc)
3086 {
3087         unsigned long pages_for_compaction;
3088         unsigned long inactive_lru_pages;
3089         int z;
3090
3091         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
3092         if (!in_reclaim_compaction(sc))
3093                 return false;
3094
3095         /*
3096          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
3097          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
3098          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
3099          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
3100          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
3101          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
3102          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
3103          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
3104          */
3105         if (!nr_reclaimed)
3106                 return false;
3107
3108         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
3109         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3110                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3111                 if (!managed_zone(zone))
3112                         continue;
3113
3114                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
3115                 case COMPACT_SUCCESS:
3116                 case COMPACT_CONTINUE:
3117                         return false;
3118                 default:
3119                         /* check next zone */
3120                         ;
3121                 }
3122         }
3123
3124         /*
3125          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
3126          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
3127          */
3128         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
3129         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3130         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
3131                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3132
3133         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
3134 }
3135
3136 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3137 {
3138         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
3139         struct mem_cgroup *memcg;
3140
3141         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
3142         do {
3143                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3144                 unsigned long reclaimed;
3145                 unsigned long scanned;
3146
3147                 /*
3148                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
3149                  * aren't eligible for reclaim - either because they
3150                  * don't have any reclaimable pages, or because their
3151                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
3152                  */
3153                 cond_resched();
3154
3155                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
3156
3157                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
3158                         /*
3159                          * Hard protection.
3160                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
3161                          */
3162                         continue;
3163                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
3164                         /*
3165                          * Soft protection.
3166                          * Respect the protection only as long as
3167                          * there is an unprotected supply
3168                          * of reclaimable memory from other cgroups.
3169                          */
3170                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
3171                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3172                                 continue;
3173                         }
3174                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
3175                 }
3176
3177                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3178                 scanned = sc->nr_scanned;
3179
3180                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
3181
3182                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
3183                             sc->priority);
3184
3185                 /* Record the group's reclaim efficiency */
3186                 if (!sc->proactive)
3187                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
3188                                    sc->nr_scanned - scanned,
3189                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
3190
3191         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
3192 }
3193
3194 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3195 {
3196         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
3197         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
3198         struct lruvec *target_lruvec;
3199         bool reclaimable = false;
3200         unsigned long file;
3201
3202         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
3203
3204 again:
3205         /*
3206          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
3207          * lruvec stats for heuristics.
3208          */
3209         mem_cgroup_flush_stats();
3210
3211         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
3212
3213         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3214         nr_scanned = sc->nr_scanned;
3215
3216         /*
3217          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
3218          */
3219         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3220         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
3221         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
3222         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3223
3224         /*
3225          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
3226          * and file LRU lists.
3227          */
3228         if (!sc->force_deactivate) {
3229                 unsigned long refaults;
3230
3231                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3232                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3233                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
3234                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3235                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
3236                 else
3237                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
3238
3239                 /*
3240                  * When refaults are being observed, it means a new
3241                  * workingset is being established. Deactivate to get
3242                  * rid of any stale active pages quickly.
3243                  */
3244                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3245                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3246                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
3247                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
3248                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
3249                 else
3250                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
3251         } else
3252                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
3253
3254         /*
3255          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
3256          * thrashing, try to reclaim those first before touching
3257          * anonymous pages.
3258          */
3259         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
3260         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
3261                 sc->cache_trim_mode = 1;
3262         else
3263                 sc->cache_trim_mode = 0;
3264
3265         /*
3266          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
3267          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
3268          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
3269          * shrinks, so does the window for rotation from references.
3270          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
3271          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
3272          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
3273          */
3274         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3275                 unsigned long total_high_wmark = 0;
3276                 unsigned long free, anon;
3277                 int z;
3278
3279                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
3280                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
3281                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3282
3283                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
3284                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3285                         if (!managed_zone(zone))
3286                                 continue;
3287
3288                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
3289                 }
3290
3291                 /*
3292                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
3293                  * runaway file reclaim problem, but rather just
3294                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
3295                  */
3296                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3297
3298                 sc->file_is_tiny =
3299                         file + free <= total_high_wmark &&
3300                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
3301                         anon >> sc->priority;
3302         }
3303
3304         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
3305
3306         if (reclaim_state) {
3307                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
3308                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
3309         }
3310
3311         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
3312         if (!sc->proactive)
3313                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
3314                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
3315                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
3316
3317         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
3318                 reclaimable = true;
3319
3320         if (current_is_kswapd()) {
3321                 /*
3322                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
3323                  * it implies that the long-lived page allocation rate
3324                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
3325                  * global limits are not being effective at throttling
3326                  * processes due to the page distribution throughout
3327                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
3328                  * device. The only option is to throttle from reclaim
3329                  * context which is not ideal as there is no guarantee
3330                  * the dirtying process is throttled in the same way
3331                  * balance_dirty_pages() manages.
3332                  *
3333                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
3334                  * count the number of pages under pages flagged for
3335                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
3336                  * in the nr_immediate check below.
3337                  */
3338                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
3339                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3340
3341                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
3342                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
3343                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3344
3345                 /*
3346                  * If kswapd scans pages marked for immediate
3347                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
3348                  * implies that pages are cycling through the LRU
3349                  * faster than they are written so forcibly stall
3350                  * until some pages complete writeback.
3351                  */
3352                 if (sc->nr.immediate)
3353                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
3354         }
3355
3356         /*
3357          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
3358          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
3359          *
3360          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
3361          * stalling in reclaim_throttle().
3362          */
3363         if ((current_is_kswapd() ||
3364              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
3365             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
3366                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
3367
3368         /*
3369          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
3370          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
3371          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
3372          * the LRU too quickly.
3373          */
3374         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
3375             !sc->hibernation_mode &&
3376             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
3377                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED);
3378
3379         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
3380                                     sc))
3381                 goto again;
3382
3383         /*
3384          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
3385          * many failures to reclaim anything from them and goes to
3386          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
3387          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
3388          */
3389         if (reclaimable)
3390                 pgdat->kswapd_failures = 0;
3391 }
3392
3393 /*
3394  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
3395  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
3396  * should reclaim first.
3397  */
3398 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
3399 {
3400         unsigned long watermark;
3401         enum compact_result suitable;
3402
3403         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
3404         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
3405                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
3406                 return true;
3407         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
3408                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
3409                 return false;
3410
3411         /*
3412          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
3413          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
3414          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
3415          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
3416          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
3417          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
3418          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
3419          */
3420         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
3421
3422         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
3423 }
3424
3425 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3426 {
3427         /*
3428          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
3429          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
3430          */
3431         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
3432                 wait_queue_head_t *wqh;
3433
3434                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
3435                 if (waitqueue_active(wqh))
3436                         wake_up(wqh);
3437
3438                 return;
3439         }
3440
3441         /*
3442          * Do not throttle kswapd or cgroup reclaim on NOPROGRESS as it will
3443          * throttle on VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages
3444          * under writeback and marked for immediate reclaim at the tail of the
3445          * LRU.
3446          */
3447         if (current_is_kswapd() || cgroup_reclaim(sc))
3448                 return;
3449
3450         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
3451         if (sc->priority == 1 && !sc->nr_reclaimed)
3452                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
3453 }
3454
3455 /*
3456  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
3457  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
3458  * request.
3459  *
3460  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
3461  * scan then give up on it.
3462  */
3463 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
3464 {
3465         struct zoneref *z;
3466         struct zone *zone;
3467         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3468         unsigned long nr_soft_scanned;
3469         gfp_t orig_mask;
3470         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3471         pg_data_t *first_pgdat = NULL;
3472
3473         /*
3474          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
3475          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
3476          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
3477          */
3478         orig_mask = sc->gfp_mask;
3479         if (buffer_heads_over_limit) {
3480                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3481                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
3482         }
3483
3484         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3485                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
3486                 /*
3487                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
3488                  * to global LRU.
3489                  */
3490                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3491                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
3492                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3493                                 continue;
3494
3495                         /*
3496                          * If we already have plenty of memory free for
3497                          * compaction in this zone, don't free any more.
3498                          * Even though compaction is invoked for any
3499                          * non-zero order, only frequent costly order
3500                          * reclamation is disruptive enough to become a
3501                          * noticeable problem, like transparent huge
3502                          * page allocations.
3503                          */
3504                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
3505                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3506                             compaction_ready(zone, sc)) {
3507                                 sc->compaction_ready = true;
3508                                 continue;
3509                         }
3510
3511                         /*
3512                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
3513                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
3514                          * node may be shrunk multiple times but in that case
3515                          * the user prefers lower zones being preserved.
3516                          */
3517                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3518                                 continue;
3519
3520                         /*
3521                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
3522                          * and returns the number of reclaimed pages and
3523                          * scanned pages. This works for global memory pressure
3524                          * and balancing, not for a memcg's limit.
3525                          */
3526                         nr_soft_scanned = 0;
3527                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
3528                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
3529                                                 &nr_soft_scanned);
3530                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3531                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
3532                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
3533                 }
3534
3535                 if (!first_pgdat)
3536                         first_pgdat = zone->zone_pgdat;
3537
3538                 /* See comment about same check for global reclaim above */
3539                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3540                         continue;
3541                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3542                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
3543         }
3544
3545         if (first_pgdat)
3546                 consider_reclaim_throttle(first_pgdat, sc);
3547
3548         /*
3549          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
3550          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
3551          */
3552         sc->gfp_mask = orig_mask;
3553 }
3554
3555 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
3556 {
3557         struct lruvec *target_lruvec;
3558         unsigned long refaults;
3559
3560         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
3561         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3562         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3563         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3564         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3565 }
3566
3567 /*
3568  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3569  *
3570  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3571  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3572  *
3573  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3574  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3575  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3576  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3577  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3578  * work, and the allocation attempt will fail.
3579  *
3580  * returns:     0, if no pages reclaimed
3581  *              else, the number of pages reclaimed
3582  */
3583 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3584                                           struct scan_control *sc)
3585 {
3586         int initial_priority = sc->priority;
3587         pg_data_t *last_pgdat;
3588         struct zoneref *z;
3589         struct zone *zone;
3590 retry:
3591         delayacct_freepages_start();
3592
3593         if (!cgroup_reclaim(sc))
3594                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3595
3596         do {
3597                 if (!sc->proactive)
3598                         vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3599                                         sc->priority);
3600                 sc->nr_scanned = 0;
3601                 shrink_zones(zonelist, sc);
3602
3603                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3604                         break;
3605
3606                 if (sc->compaction_ready)
3607                         break;
3608
3609                 /*
3610                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3611                  * writepage even in laptop mode.
3612                  */
3613                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3614                         sc->may_writepage = 1;
3615         } while (--sc->priority >= 0);
3616
3617         last_pgdat = NULL;
3618         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3619                                         sc->nodemask) {
3620                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3621                         continue;
3622                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3623
3624                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3625
3626                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3627                         struct lruvec *lruvec;
3628
3629                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3630                                                    zone->zone_pgdat);
3631                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3632                 }
3633         }
3634
3635         delayacct_freepages_end();
3636
3637         if (sc->nr_reclaimed)
3638                 return sc->nr_reclaimed;
3639
3640         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3641         if (sc->compaction_ready)
3642                 return 1;
3643
3644         /*
3645          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3646          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3647          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3648          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3649          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3650          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3651          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3652          */
3653         if (sc->skipped_deactivate) {
3654                 sc->priority = initial_priority;
3655                 sc->force_deactivate = 1;
3656                 sc->skipped_deactivate = 0;
3657                 goto retry;
3658         }
3659
3660         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3661         if (sc->memcg_low_skipped) {
3662                 sc->priority = initial_priority;
3663                 sc->force_deactivate = 0;
3664                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3665                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3666                 goto retry;
3667         }
3668
3669         return 0;
3670 }
3671
3672 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3673 {
3674         struct zone *zone;
3675         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3676         unsigned long free_pages = 0;
3677         int i;
3678         bool wmark_ok;
3679
3680         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3681                 return true;
3682
3683         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3684                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3685                 if (!managed_zone(zone))
3686                         continue;
3687
3688                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3689                         continue;
3690
3691                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3692                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3693         }
3694
3695         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3696         if (!pfmemalloc_reserve)
3697                 return true;
3698
3699         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3700
3701         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3702         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3703                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3704                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3705
3706                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3707         }
3708
3709         return wmark_ok;
3710 }
3711
3712 /*
3713  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3714  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3715  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3716  * when the low watermark is reached.
3717  *
3718  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3719  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3720  */
3721 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3722                                         nodemask_t *nodemask)
3723 {
3724         struct zoneref *z;
3725         struct zone *zone;
3726         pg_data_t *pgdat = NULL;
3727
3728         /*
3729          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3730          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3731          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3732          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3733          * processes to block on log_wait_commit().
3734          */
3735         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3736                 goto out;
3737
3738         /*
3739          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3740          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3741          */
3742         if (fatal_signal_pending(current))
3743                 goto out;
3744
3745         /*
3746          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3747          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3748          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3749          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3750          *
3751          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3752          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3753          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3754          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3755          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3756          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3757          * should make reasonable progress.
3758          */
3759         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3760                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3761                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3762                         continue;
3763
3764                 /* Throttle based on the first usable node */
3765                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3766                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3767                         goto out;
3768                 break;
3769         }
3770
3771         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3772         if (!pgdat)
3773                 goto out;
3774
3775         /* Account for the throttling */
3776         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3777
3778         /*
3779          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3780          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3781          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3782          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3783          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3784          * second before continuing.
3785          */
3786         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3787                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3788                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3789         else
3790                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
3791                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3792                         allow_direct_reclaim(pgdat));
3793
3794         if (fatal_signal_pending(current))
3795                 return true;
3796
3797 out:
3798         return false;
3799 }
3800
3801 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3802                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3803 {
3804         unsigned long nr_reclaimed;
3805         struct scan_control sc = {
3806                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3807                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3808                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3809                 .order = order,
3810                 .nodemask = nodemask,
3811                 .priority = DEF_PRIORITY,
3812                 .may_writepage = !laptop_mode,
3813                 .may_unmap = 1,
3814                 .may_swap = 1,
3815         };
3816
3817         /*
3818          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3819          * Confirm they are large enough for max values.
3820          */
3821         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3822         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3823         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3824
3825         /*
3826          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3827          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3828          * point.
3829          */
3830         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3831                 return 1;
3832
3833         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3834         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3835
3836         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3837
3838         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3839         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3840
3841         return nr_reclaimed;
3842 }
3843
3844 #ifdef CONFIG_MEMCG
3845
3846 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3847 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3848                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3849                                                 pg_data_t *pgdat,
3850                                                 unsigned long *nr_scanned)
3851 {
3852         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3853         struct scan_control sc = {
3854                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3855                 .target_mem_cgroup = memcg,
3856                 .may_writepage = !laptop_mode,
3857                 .may_unmap = 1,
3858                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3859                 .may_swap = !noswap,
3860         };
3861
3862         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3863
3864         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3865                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3866
3867         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3868                                                       sc.gfp_mask);
3869
3870         /*
3871          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3872          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3873          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3874          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3875          * the priority and make it zero.
3876          */
3877         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3878
3879         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3880
3881         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3882
3883         return sc.nr_reclaimed;
3884 }
3885
3886 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3887                                            unsigned long nr_pages,
3888                                            gfp_t gfp_mask,
3889                                            unsigned int reclaim_options)
3890 {
3891         unsigned long nr_reclaimed;
3892         unsigned int noreclaim_flag;
3893         struct scan_control sc = {
3894                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3895                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3896                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3897                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3898                 .target_mem_cgroup = memcg,
3899                 .priority = DEF_PRIORITY,
3900                 .may_writepage = !laptop_mode,
3901                 .may_unmap = 1,
3902                 .may_swap = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_MAY_SWAP),
3903                 .proactive = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_PROACTIVE),
3904         };
3905         /*
3906          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3907          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3908          * the reclaim does not bail out early.
3909          */
3910         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3911
3912         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3913         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3914         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3915
3916         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3917
3918         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3919         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3920         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3921
3922         return nr_reclaimed;
3923 }
3924 #endif
3925
3926 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3927                                 struct scan_control *sc)
3928 {
3929         struct mem_cgroup *memcg;
3930         struct lruvec *lruvec;
3931
3932         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
3933                 return;
3934
3935         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3936         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3937                 return;
3938
3939         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3940         do {
3941                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3942                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3943                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3944                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3945         } while (memcg);
3946 }
3947
3948 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3949 {
3950         int i;
3951         struct zone *zone;
3952
3953         /*
3954          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3955          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3956          * should not be checked at the same time as reclaim would
3957          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3958          * zone is balanced.
3959          */
3960         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3961                 zone = pgdat->node_zones + i;
3962                 if (!managed_zone(zone))
3963                         continue;
3964
3965                 if (zone->watermark_boost)
3966                         return true;
3967         }
3968
3969         return false;
3970 }
3971
3972 /*
3973  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3974  * and highest_zoneidx
3975  */
3976 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3977 {
3978         int i;
3979         unsigned long mark = -1;
3980         struct zone *zone;
3981
3982         /*
3983          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3984          * meet watermarks.
3985          */
3986         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3987                 zone = pgdat->node_zones + i;
3988
3989                 if (!managed_zone(zone))
3990                         continue;
3991
3992                 if (sysctl_numa_balancing_mode & NUMA_BALANCING_MEMORY_TIERING)
3993                         mark = wmark_pages(zone, WMARK_PROMO);
3994                 else
3995                         mark = high_wmark_pages(zone);
3996                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3997                         return true;
3998         }
3999
4000         /*
4001          * If a node has no managed zone within highest_zoneidx, it does not
4002          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
4003          * allocation tries to wake a remote kswapd.
4004          */
4005         if (mark == -1)
4006                 return true;
4007
4008         return false;
4009 }
4010
4011 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
4012 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
4013 {
4014         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
4015
4016         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
4017         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
4018         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
4019 }
4020
4021 /*
4022  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
4023  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
4024  *
4025  * Returns true if kswapd is ready to sleep
4026  */
4027 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
4028                                 int highest_zoneidx)
4029 {
4030         /*
4031          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
4032          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
4033          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
4034          * throttled. There is also a potential race if processes get
4035          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
4036          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
4037          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
4038          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
4039          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
4040          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
4041          * that here we are under prepare_to_wait().
4042          */
4043         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
4044                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4045
4046         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
4047         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
4048                 return true;
4049
4050         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
4051                 clear_pgdat_congested(pgdat);
4052                 return true;
4053         }
4054
4055         return false;
4056 }
4057
4058 /*
4059  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
4060  * zone that is currently unbalanced.
4061  *
4062  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
4063  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
4064  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
4065  */
4066 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
4067                                struct scan_control *sc)
4068 {
4069         struct zone *zone;
4070         int z;
4071
4072         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
4073         sc->nr_to_reclaim = 0;
4074         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
4075                 zone = pgdat->node_zones + z;
4076                 if (!managed_zone(zone))
4077                         continue;
4078
4079                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
4080         }
4081
4082         /*
4083          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
4084          * now pressure is applied based on node LRU order.
4085          */
4086         shrink_node(pgdat, sc);
4087
4088         /*
4089          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
4090          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
4091          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
4092          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
4093          * can direct reclaim/compact.
4094          */
4095         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
4096                 sc->order = 0;
4097
4098         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
4099 }
4100
4101 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
4102 static inline void
4103 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
4104 {
4105         int i;
4106         struct zone *zone;
4107
4108         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4109                 zone = pgdat->node_zones + i;
4110
4111                 if (!managed_zone(zone))
4112                         continue;
4113
4114                 if (active)
4115                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4116                 else
4117                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4118         }
4119 }
4120
4121 static inline void
4122 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4123 {
4124         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
4125 }
4126
4127 static inline void
4128 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4129 {
4130         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
4131 }
4132
4133 /*
4134  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
4135  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
4136  * balanced.
4137  *
4138  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
4139  *
4140  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
4141  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
4142  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
4143  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
4144  * balanced.
4145  */
4146 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
4147 {
4148         int i;
4149         unsigned long nr_soft_reclaimed;
4150         unsigned long nr_soft_scanned;
4151         unsigned long pflags;
4152         unsigned long nr_boost_reclaim;
4153         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
4154         bool boosted;
4155         struct zone *zone;
4156         struct scan_control sc = {
4157                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
4158                 .order = order,
4159                 .may_unmap = 1,
4160         };
4161
4162         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4163         psi_memstall_enter(&pflags);
4164         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4165
4166         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
4167
4168         /*
4169          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
4170          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
4171          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
4172          */
4173         nr_boost_reclaim = 0;
4174         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4175                 zone = pgdat->node_zones + i;
4176                 if (!managed_zone(zone))
4177                         continue;
4178
4179                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
4180                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
4181         }
4182         boosted = nr_boost_reclaim;
4183
4184 restart:
4185         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4186         sc.priority = DEF_PRIORITY;
4187         do {
4188                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
4189                 bool raise_priority = true;
4190                 bool balanced;
4191                 bool ret;
4192
4193                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
4194
4195                 /*
4196                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
4197                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
4198                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
4199                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
4200                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
4201                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
4202                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
4203                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
4204                  */
4205                 if (buffer_heads_over_limit) {
4206                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
4207                                 zone = pgdat->node_zones + i;
4208                                 if (!managed_zone(zone))
4209                                         continue;
4210
4211                                 sc.reclaim_idx = i;
4212                                 break;
4213                         }
4214                 }
4215
4216                 /*
4217                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
4218                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
4219                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
4220                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
4221                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
4222                  */
4223                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
4224                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
4225                         nr_boost_reclaim = 0;
4226                         goto restart;
4227                 }
4228
4229                 /*
4230                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
4231                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
4232                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
4233                  */
4234                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
4235                         goto out;
4236
4237                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
4238                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
4239                         raise_priority = false;
4240
4241                 /*
4242                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
4243                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
4244                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
4245                  * reclaim will be aborted.
4246                  */
4247                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
4248                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
4249
4250                 /*
4251                  * Do some background aging of the anon list, to give
4252                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
4253                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
4254                  * about consistent aging.
4255                  */
4256                 age_active_anon(pgdat, &sc);
4257
4258                 /*
4259                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
4260                  * even in laptop mode.
4261                  */
4262                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
4263                         sc.may_writepage = 1;
4264
4265                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
4266                 sc.nr_scanned = 0;
4267                 nr_soft_scanned = 0;
4268                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
4269                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
4270                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
4271
4272                 /*
4273                  * There should be no need to raise the scanning priority if
4274                  * enough pages are already being scanned that that high
4275                  * watermark would be met at 100% efficiency.
4276                  */
4277                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
4278                         raise_priority = false;
4279
4280                 /*
4281                  * If the low watermark is met there is no need for processes
4282                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
4283                  * able to safely make forward progress. Wake them
4284                  */
4285                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
4286                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
4287                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4288
4289                 /* Check if kswapd should be suspending */
4290                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4291                 ret = try_to_freeze();
4292                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4293                 if (ret || kthread_should_stop())
4294                         break;
4295
4296                 /*
4297                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
4298                  * progress in reclaiming pages
4299                  */
4300                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
4301                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
4302
4303                 /*
4304                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
4305                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
4306                  * extreme circumstances.
4307                  */
4308                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
4309                         break;
4310
4311                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
4312                         sc.priority--;
4313         } while (sc.priority >= 1);
4314
4315         if (!sc.nr_reclaimed)
4316                 pgdat->kswapd_failures++;
4317
4318 out:
4319         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4320
4321         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
4322         if (boosted) {
4323                 unsigned long flags;
4324
4325                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4326                         if (!zone_boosts[i])
4327                                 continue;
4328
4329                         /* Increments are under the zone lock */
4330                         zone = pgdat->node_zones + i;
4331                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4332                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
4333                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4334                 }
4335
4336                 /*
4337                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
4338                  * pageblocks.
4339                  */
4340                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
4341         }
4342
4343         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
4344         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4345         psi_memstall_leave(&pflags);
4346         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4347
4348         /*
4349          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
4350          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
4351          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
4352          * remain at the higher level.
4353          */
4354         return sc.order;
4355 }
4356
4357 /*
4358  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
4359  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
4360  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
4361  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
4362  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
4363  */
4364 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
4365                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
4366 {
4367         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4368
4369         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
4370 }
4371
4372 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
4373                                 unsigned int highest_zoneidx)
4374 {
4375         long remaining = 0;
4376         DEFINE_WAIT(wait);
4377
4378         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
4379                 return;
4380
4381         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4382
4383         /*
4384          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
4385          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
4386          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
4387          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
4388          * succeed.
4389          */
4390         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4391                 /*
4392                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
4393                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
4394                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
4395                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
4396                  */
4397                 reset_isolation_suitable(pgdat);
4398
4399                 /*
4400                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
4401                  * allocation of the requested order possible.
4402                  */
4403                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
4404
4405                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
4406
4407                 /*
4408                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
4409                  * order. The values will either be from a wakeup request or
4410                  * the previous request that slept prematurely.
4411                  */
4412                 if (remaining) {
4413                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
4414                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4415                                                         highest_zoneidx));
4416
4417                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
4418                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
4419                 }
4420
4421                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4422                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4423         }
4424
4425         /*
4426          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
4427          * go fully to sleep until explicitly woken up.
4428          */
4429         if (!remaining &&
4430             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4431                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
4432
4433                 /*
4434                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
4435                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
4436                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
4437                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
4438                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
4439                  * them before going back to sleep.
4440                  */
4441                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
4442
4443                 if (!kthread_should_stop())
4444                         schedule();
4445
4446                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
4447         } else {
4448                 if (remaining)
4449                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
4450                 else
4451                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
4452         }
4453         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4454 }
4455
4456 /*
4457  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
4458  * from the init process.
4459  *
4460  * This basically trickles out pages so that we have _some_
4461  * free memory available even if there is no other activity
4462  * that frees anything up. This is needed for things like routing
4463  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
4464  * asynchronous contexts that cannot page things out.
4465  *
4466  * If there are applications that are active memory-allocators
4467  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
4468  */
4469 static int kswapd(void *p)
4470 {
4471         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
4472         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
4473         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
4474         struct task_struct *tsk = current;
4475         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4476
4477         if (!cpumask_empty(cpumask))
4478                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
4479
4480         /*
4481          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
4482          * and that if we need more memory we should get access to it
4483          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
4484          * never get caught in the normal page freeing logic.
4485          *
4486          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
4487          * you need a small amount of memory in order to be able to
4488          * page out something else, and this flag essentially protects
4489          * us from recursively trying to free more memory as we're
4490          * trying to free the first piece of memory in the first place).
4491          */
4492         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD;
4493         set_freezable();
4494
4495         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4496         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4497         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
4498         for ( ; ; ) {
4499                 bool ret;
4500
4501                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4502                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4503                                                         highest_zoneidx);
4504
4505 kswapd_try_sleep:
4506                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
4507                                         highest_zoneidx);
4508
4509                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
4510                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4511                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4512                                                         highest_zoneidx);
4513                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4514                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4515
4516                 ret = try_to_freeze();
4517                 if (kthread_should_stop())
4518                         break;
4519
4520                 /*
4521                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
4522                  * after returning from the refrigerator
4523                  */
4524                 if (ret)
4525                         continue;
4526
4527                 /*
4528                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
4529                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
4530                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
4531                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
4532                  * but kcompactd is woken to compact for the original
4533                  * request (alloc_order).
4534                  */
4535                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
4536                                                 alloc_order);
4537                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
4538                                                 highest_zoneidx);
4539                 if (reclaim_order < alloc_order)
4540                         goto kswapd_try_sleep;
4541         }
4542
4543         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD);
4544
4545         return 0;
4546 }
4547
4548 /*
4549  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
4550  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
4551  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
4552  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
4553  * needed.
4554  */
4555 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
4556                    enum zone_type highest_zoneidx)
4557 {
4558         pg_data_t *pgdat;
4559         enum zone_type curr_idx;
4560
4561         if (!managed_zone(zone))
4562                 return;
4563
4564         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
4565                 return;
4566
4567         pgdat = zone->zone_pgdat;
4568         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4569
4570         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
4571                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
4572
4573         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
4574                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
4575
4576         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
4577                 return;
4578
4579         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
4580         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
4581             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
4582              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
4583                 /*
4584                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
4585                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
4586                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
4587                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
4588                  * ratelimit its work.
4589                  */
4590                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4591                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
4592                 return;
4593         }
4594
4595         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
4596                                       gfp_flags);
4597         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4598 }
4599
4600 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4601 /*
4602  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4603  * freed pages.
4604  *
4605  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4606  * LRU order by reclaiming preferentially
4607  * inactive > active > active referenced > active mapped
4608  */
4609 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4610 {
4611         struct scan_control sc = {
4612                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4613                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4614                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4615                 .priority = DEF_PRIORITY,
4616                 .may_writepage = 1,
4617                 .may_unmap = 1,
4618                 .may_swap = 1,
4619                 .hibernation_mode = 1,
4620         };
4621         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4622         unsigned long nr_reclaimed;
4623         unsigned int noreclaim_flag;
4624
4625         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4626         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4627         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4628
4629         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4630
4631         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4632         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4633         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4634
4635         return nr_reclaimed;
4636 }
4637 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4638
4639 /*
4640  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4641  */
4642 void kswapd_run(int nid)
4643 {
4644         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4645
4646         if (pgdat->kswapd)
4647                 return;
4648
4649         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4650         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4651                 /* failure at boot is fatal */
4652                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4653                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4654                 pgdat->kswapd = NULL;
4655         }
4656 }
4657
4658 /*
4659  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4660  * be holding mem_hotplug_begin/done().
4661  */
4662 void kswapd_stop(int nid)
4663 {
4664         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4665
4666         if (kswapd) {
4667                 kthread_stop(kswapd);
4668                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4669         }
4670 }
4671
4672 static int __init kswapd_init(void)
4673 {
4674         int nid;
4675
4676         swap_setup();
4677         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4678                 kswapd_run(nid);
4679         return 0;
4680 }
4681
4682 module_init(kswapd_init)
4683
4684 #ifdef CONFIG_NUMA
4685 /*
4686  * Node reclaim mode
4687  *
4688  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4689  * the watermarks.
4690  */
4691 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4692
4693 /*
4694  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4695  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4696  * a zone.
4697  */
4698 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4699
4700 /*
4701  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4702  * occur.
4703  */
4704 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4705
4706 /*
4707  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4708  * slab reclaim needs to occur.
4709  */
4710 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4711
4712 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4713 {
4714         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4715         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4716                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4717
4718         /*
4719          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4720          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4721          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4722          */
4723         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4724 }
4725
4726 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4727 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4728 {
4729         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4730         unsigned long delta = 0;
4731
4732         /*
4733          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4734          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4735          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4736          * a better estimate
4737          */
4738         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4739                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4740         else
4741                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4742
4743         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4744         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4745                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4746
4747         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4748         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4749                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4750
4751         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4752 }
4753
4754 /*
4755  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4756  */
4757 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4758 {
4759         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4760         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4761         struct task_struct *p = current;
4762         unsigned int noreclaim_flag;
4763         struct scan_control sc = {
4764                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4765                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4766                 .order = order,
4767                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4768                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4769                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4770                 .may_swap = 1,
4771                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4772         };
4773         unsigned long pflags;
4774
4775         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4776                                            sc.gfp_mask);
4777
4778         cond_resched();
4779         psi_memstall_enter(&pflags);
4780         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4781         /*
4782          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4783          */
4784         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4785         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4786
4787         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages ||
4788             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) > pgdat->min_slab_pages) {
4789                 /*
4790                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4791                  * priorities until we have enough memory freed.
4792                  */
4793                 do {
4794                         shrink_node(pgdat, &sc);
4795                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4796         }
4797
4798         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4799         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4800         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4801         psi_memstall_leave(&pflags);
4802
4803         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4804
4805         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4806 }
4807
4808 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4809 {
4810         int ret;
4811
4812         /*
4813          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4814          * slab pages if we are over the defined limits.
4815          *
4816          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4817          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4818          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4819          * if less than a specified percentage of the node is used by
4820          * unmapped file backed pages.
4821          */
4822         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4823             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4824             pgdat->min_slab_pages)
4825                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4826
4827         /*
4828          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4829          */
4830         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4831                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4832
4833         /*
4834          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4835          * have associated processors. This will favor the local processor
4836          * over remote processors and spread off node memory allocations
4837          * as wide as possible.
4838          */
4839         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4840                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4841
4842         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4843                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4844
4845         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4846         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4847
4848         if (!ret)
4849                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4850
4851         return ret;
4852 }
4853 #endif
4854
4855 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4856 {
4857         struct folio_batch fbatch;
4858         unsigned i;
4859
4860         folio_batch_init(&fbatch);
4861         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4862                 struct page *page = pvec->pages[i];
4863
4864                 if (PageTransTail(page))
4865                         continue;
4866                 folio_batch_add(&fbatch, page_folio(page));
4867         }
4868         check_move_unevictable_folios(&fbatch);
4869 }
4870 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);
4871
4872 /**
4873  * check_move_unevictable_folios - Move evictable folios to appropriate zone
4874  * lru list
4875  * @fbatch: Batch of lru folios to check.
4876  *
4877  * Checks folios for evictability, if an evictable folio is in the unevictable
4878  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4879  * should be only used for lru folios.
4880  */
4881 void check_move_unevictable_folios(struct folio_batch *fbatch)
4882 {
4883         struct lruvec *lruvec = NULL;
4884         int pgscanned = 0;
4885         int pgrescued = 0;
4886         int i;
4887
4888         for (i = 0; i < fbatch->nr; i++) {
4889                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
4890                 int nr_pages = folio_nr_pages(folio);
4891
4892                 pgscanned += nr_pages;
4893
4894                 /* block memcg migration while the folio moves between lrus */
4895                 if (!folio_test_clear_lru(folio))
4896                         continue;
4897
4898                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
4899                 if (folio_evictable(folio) && folio_test_unevictable(folio)) {
4900                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
4901                         folio_clear_unevictable(folio);
4902                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
4903                         pgrescued += nr_pages;
4904                 }
4905                 folio_set_lru(folio);
4906         }
4907
4908         if (lruvec) {
4909                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4910                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4911                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
4912         } else if (pgscanned) {
4913                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4914         }
4915 }
4916 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_folios);