mm/workingset.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Workingset detection
   4  *
   5  * Copyright (C) 2013 Red Hat, Inc., Johannes Weiner
   6  */
   7
   8 #include <linux/memcontrol.h>
   9 #include <linux/mm_inline.h>
  10 #include <linux/writeback.h>
  11 #include <linux/shmem_fs.h>
  12 #include <linux/pagemap.h>
  13 #include <linux/atomic.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/swap.h>
  16 #include <linux/dax.h>
  17 #include <linux/fs.h>
  18 #include <linux/mm.h>
  19
  20 /*
  21  *              Double CLOCK lists
  22  *
  23  * Per node, two clock lists are maintained for file pages: the
  24  * inactive and the active list.  Freshly faulted pages start out at
  25  * the head of the inactive list and page reclaim scans pages from the
  26  * tail.  Pages that are accessed multiple times on the inactive list
  27  * are promoted to the active list, to protect them from reclaim,
  28  * whereas active pages are demoted to the inactive list when the
  29  * active list grows too big.
  30  *
  31  *   fault ------------------------+
  32  *                                 |
  33  *              +--------------+   |            +-------------+
  34  *   reclaim <- |   inactive   | <-+-- demotion |    active   | <--+
  35  *              +--------------+                +-------------+    |
  36  *                     |                                           |
  37  *                     +-------------- promotion ------------------+
  38  *
  39  *
  40  *              Access frequency and refault distance
  41  *
  42  * A workload is thrashing when its pages are frequently used but they
  43  * are evicted from the inactive list every time before another access
  44  * would have promoted them to the active list.
  45  *
  46  * In cases where the average access distance between thrashing pages
  47  * is bigger than the size of memory there is nothing that can be
  48  * done - the thrashing set could never fit into memory under any
  49  * circumstance.
  50  *
  51  * However, the average access distance could be bigger than the
  52  * inactive list, yet smaller than the size of memory.  In this case,
  53  * the set could fit into memory if it weren't for the currently
  54  * active pages - which may be used more, hopefully less frequently:
  55  *
  56  *      +-memory available to cache-+
  57  *      |                           |
  58  *      +-inactive------+-active----+
  59  *  a b | c d e f g h i | J K L M N |
  60  *      +---------------+-----------+
  61  *
  62  * It is prohibitively expensive to accurately track access frequency
  63  * of pages.  But a reasonable approximation can be made to measure
  64  * thrashing on the inactive list, after which refaulting pages can be
  65  * activated optimistically to compete with the existing active pages.
  66  *
  67  * Approximating inactive page access frequency - Observations:
  68  *
  69  * 1. When a page is accessed for the first time, it is added to the
  70  *    head of the inactive list, slides every existing inactive page
  71  *    towards the tail by one slot, and pushes the current tail page
  72  *    out of memory.
  73  *
  74  * 2. When a page is accessed for the second time, it is promoted to
  75  *    the active list, shrinking the inactive list by one slot.  This
  76  *    also slides all inactive pages that were faulted into the cache
  77  *    more recently than the activated page towards the tail of the
  78  *    inactive list.
  79  *
  80  * Thus:
  81  *
  82  * 1. The sum of evictions and activations between any two points in
  83  *    time indicate the minimum number of inactive pages accessed in
  84  *    between.
  85  *
  86  * 2. Moving one inactive page N page slots towards the tail of the
  87  *    list requires at least N inactive page accesses.
  88  *
  89  * Combining these:
  90  *
  91  * 1. When a page is finally evicted from memory, the number of
  92  *    inactive pages accessed while the page was in cache is at least
  93  *    the number of page slots on the inactive list.
  94  *
  95  * 2. In addition, measuring the sum of evictions and activations (E)
  96  *    at the time of a page's eviction, and comparing it to another
  97  *    reading (R) at the time the page faults back into memory tells
  98  *    the minimum number of accesses while the page was not cached.
  99  *    This is called the refault distance.
 100  *
 101  * Because the first access of the page was the fault and the second
 102  * access the refault, we combine the in-cache distance with the
 103  * out-of-cache distance to get the complete minimum access distance
 104  * of this page:
 105  *
 106  *      NR_inactive + (R - E)
 107  *
 108  * And knowing the minimum access distance of a page, we can easily
 109  * tell if the page would be able to stay in cache assuming all page
 110  * slots in the cache were available:
 111  *
 112  *   NR_inactive + (R - E) <= NR_inactive + NR_active
 113  *
 114  * which can be further simplified to
 115  *
 116  *   (R - E) <= NR_active
 117  *
 118  * Put into words, the refault distance (out-of-cache) can be seen as
 119  * a deficit in inactive list space (in-cache).  If the inactive list
 120  * had (R - E) more page slots, the page would not have been evicted
 121  * in between accesses, but activated instead.  And on a full system,
 122  * the only thing eating into inactive list space is active pages.
 123  *
 124  *
 125  *              Refaulting inactive pages
 126  *
 127  * All that is known about the active list is that the pages have been
 128  * accessed more than once in the past.  This means that at any given
 129  * time there is actually a good chance that pages on the active list
 130  * are no longer in active use.
 131  *
 132  * So when a refault distance of (R - E) is observed and there are at
 133  * least (R - E) active pages, the refaulting page is activated
 134  * optimistically in the hope that (R - E) active pages are actually
 135  * used less frequently than the refaulting page - or even not used at
 136  * all anymore.
 137  *
 138  * That means if inactive cache is refaulting with a suitable refault
 139  * distance, we assume the cache workingset is transitioning and put
 140  * pressure on the current active list.
 141  *
 142  * If this is wrong and demotion kicks in, the pages which are truly
 143  * used more frequently will be reactivated while the less frequently
 144  * used once will be evicted from memory.
 145  *
 146  * But if this is right, the stale pages will be pushed out of memory
 147  * and the used pages get to stay in cache.
 148  *
 149  *              Refaulting active pages
 150  *
 151  * If on the other hand the refaulting pages have recently been
 152  * deactivated, it means that the active list is no longer protecting
 153  * actively used cache from reclaim. The cache is NOT transitioning to
 154  * a different workingset; the existing workingset is thrashing in the
 155  * space allocated to the page cache.
 156  *
 157  *
 158  *              Implementation
 159  *
 160  * For each node's LRU lists, a counter for inactive evictions and
 161  * activations is maintained (node->nonresident_age).
 162  *
 163  * On eviction, a snapshot of this counter (along with some bits to
 164  * identify the node) is stored in the now empty page cache
 165  * slot of the evicted page.  This is called a shadow entry.
 166  *
 167  * On cache misses for which there are shadow entries, an eligible
 168  * refault distance will immediately activate the refaulting page.
 169  */
 170
 171 #define WORKINGSET_SHIFT 1
 172 #define EVICTION_SHIFT  ((BITS_PER_LONG - BITS_PER_XA_VALUE) +  \
 173                          WORKINGSET_SHIFT + NODES_SHIFT + \
 174                          MEM_CGROUP_ID_SHIFT)
 175 #define EVICTION_MASK   (~0UL >> EVICTION_SHIFT)
 176
 177 /*
 178  * Eviction timestamps need to be able to cover the full range of
 179  * actionable refaults. However, bits are tight in the xarray
 180  * entry, and after storing the identifier for the lruvec there might
 181  * not be enough left to represent every single actionable refault. In
 182  * that case, we have to sacrifice granularity for distance, and group
 183  * evictions into coarser buckets by shaving off lower timestamp bits.
 184  */
 185 static unsigned int bucket_order __read_mostly;
 186
 187 static void *pack_shadow(int memcgid, pg_data_t *pgdat, unsigned long eviction,
 188                          bool workingset)
 189 {
 190         eviction &= EVICTION_MASK;
 191         eviction = (eviction << MEM_CGROUP_ID_SHIFT) | memcgid;
 192         eviction = (eviction << NODES_SHIFT) | pgdat->node_id;
 193         eviction = (eviction << WORKINGSET_SHIFT) | workingset;
 194
 195         return xa_mk_value(eviction);
 196 }
 197
 198 static void unpack_shadow(void *shadow, int *memcgidp, pg_data_t **pgdat,
 199                           unsigned long *evictionp, bool *workingsetp)
 200 {
 201         unsigned long entry = xa_to_value(shadow);
 202         int memcgid, nid;
 203         bool workingset;
 204
 205         workingset = entry & ((1UL << WORKINGSET_SHIFT) - 1);
 206         entry >>= WORKINGSET_SHIFT;
 207         nid = entry & ((1UL << NODES_SHIFT) - 1);
 208         entry >>= NODES_SHIFT;
 209         memcgid = entry & ((1UL << MEM_CGROUP_ID_SHIFT) - 1);
 210         entry >>= MEM_CGROUP_ID_SHIFT;
 211
 212         *memcgidp = memcgid;
 213         *pgdat = NODE_DATA(nid);
 214         *evictionp = entry;
 215         *workingsetp = workingset;
 216 }
 217
 218 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
 219
 220 static void *lru_gen_eviction(struct folio *folio)
 221 {
 222         int hist;
 223         unsigned long token;
 224         unsigned long min_seq;
 225         struct lruvec *lruvec;
 226         struct lru_gen_struct *lrugen;
 227         int type = folio_is_file_lru(folio);
 228         int delta = folio_nr_pages(folio);
 229         int refs = folio_lru_refs(folio);
 230         int tier = lru_tier_from_refs(refs);
 231         struct mem_cgroup *memcg = folio_memcg(folio);
 232         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
 233
 234         BUILD_BUG_ON(LRU_GEN_WIDTH + LRU_REFS_WIDTH > BITS_PER_LONG - EVICTION_SHIFT);
 235
 236         lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
 237         lrugen = &lruvec->lrugen;
 238         min_seq = READ_ONCE(lrugen->min_seq[type]);
 239         token = (min_seq << LRU_REFS_WIDTH) | max(refs - 1, 0);
 240
 241         hist = lru_hist_from_seq(min_seq);
 242         atomic_long_add(delta, &lrugen->evicted[hist][type][tier]);
 243
 244         return pack_shadow(mem_cgroup_id(memcg), pgdat, token, refs);
 245 }
 246
 247 static void lru_gen_refault(struct folio *folio, void *shadow)
 248 {
 249         int hist, tier, refs;
 250         int memcg_id;
 251         bool workingset;
 252         unsigned long token;
 253         unsigned long min_seq;
 254         struct lruvec *lruvec;
 255         struct lru_gen_struct *lrugen;
 256         struct mem_cgroup *memcg;
 257         struct pglist_data *pgdat;
 258         int type = folio_is_file_lru(folio);
 259         int delta = folio_nr_pages(folio);
 260
 261         unpack_shadow(shadow, &memcg_id, &pgdat, &token, &workingset);
 262
 263         if (pgdat != folio_pgdat(folio))
 264                 return;
 265
 266         rcu_read_lock();
 267
 268         memcg = folio_memcg_rcu(folio);
 269         if (memcg_id != mem_cgroup_id(memcg))
 270                 goto unlock;
 271
 272         lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
 273         lrugen = &lruvec->lrugen;
 274
 275         min_seq = READ_ONCE(lrugen->min_seq[type]);
 276         if ((token >> LRU_REFS_WIDTH) != (min_seq & (EVICTION_MASK >> LRU_REFS_WIDTH)))
 277                 goto unlock;
 278
 279         hist = lru_hist_from_seq(min_seq);
 280         /* see the comment in folio_lru_refs() */
 281         refs = (token & (BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1)) + workingset;
 282         tier = lru_tier_from_refs(refs);
 283
 284         atomic_long_add(delta, &lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
 285         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_REFAULT_BASE + type, delta);
 286
 287         /*
 288          * Count the following two cases as stalls:
 289          * 1. For pages accessed through page tables, hotter pages pushed out
 290          *    hot pages which refaulted immediately.
 291          * 2. For pages accessed multiple times through file descriptors,
 292          *    numbers of accesses might have been out of the range.
 293          */
 294         if (lru_gen_in_fault() || refs == BIT(LRU_REFS_WIDTH)) {
 295                 folio_set_workingset(folio);
 296                 mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_RESTORE_BASE + type, delta);
 297         }
 298 unlock:
 299         rcu_read_unlock();
 300 }
 301
 302 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
 303
 304 static void *lru_gen_eviction(struct folio *folio)
 305 {
 306         return NULL;
 307 }
 308
 309 static void lru_gen_refault(struct folio *folio, void *shadow)
 310 {
 311 }
 312
 313 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
 314
 315 /**
 316  * workingset_age_nonresident - age non-resident entries as LRU ages
 317  * @lruvec: the lruvec that was aged
 318  * @nr_pages: the number of pages to count
 319  *
 320  * As in-memory pages are aged, non-resident pages need to be aged as
 321  * well, in order for the refault distances later on to be comparable
 322  * to the in-memory dimensions. This function allows reclaim and LRU
 323  * operations to drive the non-resident aging along in parallel.
 324  */
 325 void workingset_age_nonresident(struct lruvec *lruvec, unsigned long nr_pages)
 326 {
 327         /*
 328          * Reclaiming a cgroup means reclaiming all its children in a
 329          * round-robin fashion. That means that each cgroup has an LRU
 330          * order that is composed of the LRU orders of its child
 331          * cgroups; and every page has an LRU position not just in the
 332          * cgroup that owns it, but in all of that group's ancestors.
 333          *
 334          * So when the physical inactive list of a leaf cgroup ages,
 335          * the virtual inactive lists of all its parents, including
 336          * the root cgroup's, age as well.
 337          */
 338         do {
 339                 atomic_long_add(nr_pages, &lruvec->nonresident_age);
 340         } while ((lruvec = parent_lruvec(lruvec)));
 341 }
 342
 343 /**
 344  * workingset_eviction - note the eviction of a folio from memory
 345  * @target_memcg: the cgroup that is causing the reclaim
 346  * @folio: the folio being evicted
 347  *
 348  * Return: a shadow entry to be stored in @folio->mapping->i_pages in place
 349  * of the evicted @folio so that a later refault can be detected.
 350  */
 351 void *workingset_eviction(struct folio *folio, struct mem_cgroup *target_memcg)
 352 {
 353         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
 354         unsigned long eviction;
 355         struct lruvec *lruvec;
 356         int memcgid;
 357
 358         /* Folio is fully exclusive and pins folio's memory cgroup pointer */
 359         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
 360         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_ref_count(folio), folio);
 361         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
 362
 363         if (lru_gen_enabled())
 364                 return lru_gen_eviction(folio);
 365
 366         lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
 367         /* XXX: target_memcg can be NULL, go through lruvec */
 368         memcgid = mem_cgroup_id(lruvec_memcg(lruvec));
 369         eviction = atomic_long_read(&lruvec->nonresident_age);
 370         eviction >>= bucket_order;
 371         workingset_age_nonresident(lruvec, folio_nr_pages(folio));
 372         return pack_shadow(memcgid, pgdat, eviction,
 373                                 folio_test_workingset(folio));
 374 }
 375
 376 /**
 377  * workingset_refault - Evaluate the refault of a previously evicted folio.
 378  * @folio: The freshly allocated replacement folio.
 379  * @shadow: Shadow entry of the evicted folio.
 380  *
 381  * Calculates and evaluates the refault distance of the previously
 382  * evicted folio in the context of the node and the memcg whose memory
 383  * pressure caused the eviction.
 384  */
 385 void workingset_refault(struct folio *folio, void *shadow)
 386 {
 387         bool file = folio_is_file_lru(folio);
 388         struct mem_cgroup *eviction_memcg;
 389         struct lruvec *eviction_lruvec;
 390         unsigned long refault_distance;
 391         unsigned long workingset_size;
 392         struct pglist_data *pgdat;
 393         struct mem_cgroup *memcg;
 394         unsigned long eviction;
 395         struct lruvec *lruvec;
 396         unsigned long refault;
 397         bool workingset;
 398         int memcgid;
 399         long nr;
 400
 401         if (lru_gen_enabled()) {
 402                 lru_gen_refault(folio, shadow);
 403                 return;
 404         }
 405
 406         unpack_shadow(shadow, &memcgid, &pgdat, &eviction, &workingset);
 407         eviction <<= bucket_order;
 408
 409         rcu_read_lock();
 410         /*
 411          * Look up the memcg associated with the stored ID. It might
 412          * have been deleted since the folio's eviction.
 413          *
 414          * Note that in rare events the ID could have been recycled
 415          * for a new cgroup that refaults a shared folio. This is
 416          * impossible to tell from the available data. However, this
 417          * should be a rare and limited disturbance, and activations
 418          * are always speculative anyway. Ultimately, it's the aging
 419          * algorithm's job to shake out the minimum access frequency
 420          * for the active cache.
 421          *
 422          * XXX: On !CONFIG_MEMCG, this will always return NULL; it
 423          * would be better if the root_mem_cgroup existed in all
 424          * configurations instead.
 425          */
 426         eviction_memcg = mem_cgroup_from_id(memcgid);
 427         if (!mem_cgroup_disabled() && !eviction_memcg)
 428                 goto out;
 429         eviction_lruvec = mem_cgroup_lruvec(eviction_memcg, pgdat);
 430         refault = atomic_long_read(&eviction_lruvec->nonresident_age);
 431
 432         /*
 433          * Calculate the refault distance
 434          *
 435          * The unsigned subtraction here gives an accurate distance
 436          * across nonresident_age overflows in most cases. There is a
 437          * special case: usually, shadow entries have a short lifetime
 438          * and are either refaulted or reclaimed along with the inode
 439          * before they get too old.  But it is not impossible for the
 440          * nonresident_age to lap a shadow entry in the field, which
 441          * can then result in a false small refault distance, leading
 442          * to a false activation should this old entry actually
 443          * refault again.  However, earlier kernels used to deactivate
 444          * unconditionally with *every* reclaim invocation for the
 445          * longest time, so the occasional inappropriate activation
 446          * leading to pressure on the active list is not a problem.
 447          */
 448         refault_distance = (refault - eviction) & EVICTION_MASK;
 449
 450         /*
 451          * The activation decision for this folio is made at the level
 452          * where the eviction occurred, as that is where the LRU order
 453          * during folio reclaim is being determined.
 454          *
 455          * However, the cgroup that will own the folio is the one that
 456          * is actually experiencing the refault event.
 457          */
 458         nr = folio_nr_pages(folio);
 459         memcg = folio_memcg(folio);
 460         lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
 461
 462         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_REFAULT_BASE + file, nr);
 463
 464         mem_cgroup_flush_stats_delayed();
 465         /*
 466          * Compare the distance to the existing workingset size. We
 467          * don't activate pages that couldn't stay resident even if
 468          * all the memory was available to the workingset. Whether
 469          * workingset competition needs to consider anon or not depends
 470          * on having swap.
 471          */
 472         workingset_size = lruvec_page_state(eviction_lruvec, NR_ACTIVE_FILE);
 473         if (!file) {
 474                 workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
 475                                                      NR_INACTIVE_FILE);
 476         }
 477         if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0) {
 478                 workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
 479                                                      NR_ACTIVE_ANON);
 480                 if (file) {
 481                         workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
 482                                                      NR_INACTIVE_ANON);
 483                 }
 484         }
 485         if (refault_distance > workingset_size)
 486                 goto out;
 487
 488         folio_set_active(folio);
 489         workingset_age_nonresident(lruvec, nr);
 490         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + file, nr);
 491
 492         /* Folio was active prior to eviction */
 493         if (workingset) {
 494                 folio_set_workingset(folio);
 495                 /* XXX: Move to lru_cache_add() when it supports new vs putback */
 496                 lru_note_cost_folio(folio);
 497                 mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_RESTORE_BASE + file, nr);
 498         }
 499 out:
 500         rcu_read_unlock();
 501 }
 502
 503 /**
 504  * workingset_activation - note a page activation
 505  * @folio: Folio that is being activated.
 506  */
 507 void workingset_activation(struct folio *folio)
 508 {
 509         struct mem_cgroup *memcg;
 510
 511         rcu_read_lock();
 512         /*
 513          * Filter non-memcg pages here, e.g. unmap can call
 514          * mark_page_accessed() on VDSO pages.
 515          *
 516          * XXX: See workingset_refault() - this should return
 517          * root_mem_cgroup even for !CONFIG_MEMCG.
 518          */
 519         memcg = folio_memcg_rcu(folio);
 520         if (!mem_cgroup_disabled() && !memcg)
 521                 goto out;
 522         workingset_age_nonresident(folio_lruvec(folio), folio_nr_pages(folio));
 523 out:
 524         rcu_read_unlock();
 525 }
 526
 527 /*
 528  * Shadow entries reflect the share of the working set that does not
 529  * fit into memory, so their number depends on the access pattern of
 530  * the workload.  In most cases, they will refault or get reclaimed
 531  * along with the inode, but a (malicious) workload that streams
 532  * through files with a total size several times that of available
 533  * memory, while preventing the inodes from being reclaimed, can
 534  * create excessive amounts of shadow nodes.  To keep a lid on this,
 535  * track shadow nodes and reclaim them when they grow way past the
 536  * point where they would still be useful.
 537  */
 538
 539 struct list_lru shadow_nodes;
 540
 541 void workingset_update_node(struct xa_node *node)
 542 {
 543         struct address_space *mapping;
 544
 545         /*
 546          * Track non-empty nodes that contain only shadow entries;
 547          * unlink those that contain pages or are being freed.
 548          *
 549          * Avoid acquiring the list_lru lock when the nodes are
 550          * already where they should be. The list_empty() test is safe
 551          * as node->private_list is protected by the i_pages lock.
 552          */
 553         mapping = container_of(node->array, struct address_space, i_pages);
 554         lockdep_assert_held(&mapping->i_pages.xa_lock);
 555
 556         if (node->count && node->count == node->nr_values) {
 557                 if (list_empty(&node->private_list)) {
 558                         list_lru_add(&shadow_nodes, &node->private_list);
 559                         __inc_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
 560                 }
 561         } else {
 562                 if (!list_empty(&node->private_list)) {
 563                         list_lru_del(&shadow_nodes, &node->private_list);
 564                         __dec_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
 565                 }
 566         }
 567 }
 568
 569 static unsigned long count_shadow_nodes(struct shrinker *shrinker,
 570                                         struct shrink_control *sc)
 571 {
 572         unsigned long max_nodes;
 573         unsigned long nodes;
 574         unsigned long pages;
 575
 576         nodes = list_lru_shrink_count(&shadow_nodes, sc);
 577         if (!nodes)
 578                 return SHRINK_EMPTY;
 579
 580         /*
 581          * Approximate a reasonable limit for the nodes
 582          * containing shadow entries. We don't need to keep more
 583          * shadow entries than possible pages on the active list,
 584          * since refault distances bigger than that are dismissed.
 585          *
 586          * The size of the active list converges toward 100% of
 587          * overall page cache as memory grows, with only a tiny
 588          * inactive list. Assume the total cache size for that.
 589          *
 590          * Nodes might be sparsely populated, with only one shadow
 591          * entry in the extreme case. Obviously, we cannot keep one
 592          * node for every eligible shadow entry, so compromise on a
 593          * worst-case density of 1/8th. Below that, not all eligible
 594          * refaults can be detected anymore.
 595          *
 596          * On 64-bit with 7 xa_nodes per page and 64 slots
 597          * each, this will reclaim shadow entries when they consume
 598          * ~1.8% of available memory:
 599          *
 600          * PAGE_SIZE / xa_nodes / node_entries * 8 / PAGE_SIZE
 601          */
 602 #ifdef CONFIG_MEMCG
 603         if (sc->memcg) {
 604                 struct lruvec *lruvec;
 605                 int i;
 606
 607                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->memcg, NODE_DATA(sc->nid));
 608                 for (pages = 0, i = 0; i < NR_LRU_LISTS; i++)
 609                         pages += lruvec_page_state_local(lruvec,
 610                                                          NR_LRU_BASE + i);
 611                 pages += lruvec_page_state_local(
 612                         lruvec, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) >> PAGE_SHIFT;
 613                 pages += lruvec_page_state_local(
 614                         lruvec, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B) >> PAGE_SHIFT;
 615         } else
 616 #endif
 617                 pages = node_present_pages(sc->nid);
 618
 619         max_nodes = pages >> (XA_CHUNK_SHIFT - 3);
 620
 621         if (nodes <= max_nodes)
 622                 return 0;
 623         return nodes - max_nodes;
 624 }
 625
 626 static enum lru_status shadow_lru_isolate(struct list_head *item,
 627                                           struct list_lru_one *lru,
 628                                           spinlock_t *lru_lock,
 629                                           void *arg) __must_hold(lru_lock)
 630 {
 631         struct xa_node *node = container_of(item, struct xa_node, private_list);
 632         struct address_space *mapping;
 633         int ret;
 634
 635         /*
 636          * Page cache insertions and deletions synchronously maintain
 637          * the shadow node LRU under the i_pages lock and the
 638          * lru_lock.  Because the page cache tree is emptied before
 639          * the inode can be destroyed, holding the lru_lock pins any
 640          * address_space that has nodes on the LRU.
 641          *
 642          * We can then safely transition to the i_pages lock to
 643          * pin only the address_space of the particular node we want
 644          * to reclaim, take the node off-LRU, and drop the lru_lock.
 645          */
 646
 647         mapping = container_of(node->array, struct address_space, i_pages);
 648
 649         /* Coming from the list, invert the lock order */
 650         if (!xa_trylock(&mapping->i_pages)) {
 651                 spin_unlock_irq(lru_lock);
 652                 ret = LRU_RETRY;
 653                 goto out;
 654         }
 655
 656         if (!spin_trylock(&mapping->host->i_lock)) {
 657                 xa_unlock(&mapping->i_pages);
 658                 spin_unlock_irq(lru_lock);
 659                 ret = LRU_RETRY;
 660                 goto out;
 661         }
 662
 663         list_lru_isolate(lru, item);
 664         __dec_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
 665
 666         spin_unlock(lru_lock);
 667
 668         /*
 669          * The nodes should only contain one or more shadow entries,
 670          * no pages, so we expect to be able to remove them all and
 671          * delete and free the empty node afterwards.
 672          */
 673         if (WARN_ON_ONCE(!node->nr_values))
 674                 goto out_invalid;
 675         if (WARN_ON_ONCE(node->count != node->nr_values))
 676                 goto out_invalid;
 677         xa_delete_node(node, workingset_update_node);
 678         __inc_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODERECLAIM);
 679
 680 out_invalid:
 681         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
 682         if (mapping_shrinkable(mapping))
 683                 inode_add_lru(mapping->host);
 684         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
 685         ret = LRU_REMOVED_RETRY;
 686 out:
 687         cond_resched();
 688         spin_lock_irq(lru_lock);
 689         return ret;
 690 }
 691
 692 static unsigned long scan_shadow_nodes(struct shrinker *shrinker,
 693                                        struct shrink_control *sc)
 694 {
 695         /* list_lru lock nests inside the IRQ-safe i_pages lock */
 696         return list_lru_shrink_walk_irq(&shadow_nodes, sc, shadow_lru_isolate,
 697                                         NULL);
 698 }
 699
 700 static struct shrinker workingset_shadow_shrinker = {
 701         .count_objects = count_shadow_nodes,
 702         .scan_objects = scan_shadow_nodes,
 703         .seeks = 0, /* ->count reports only fully expendable nodes */
 704         .flags = SHRINKER_NUMA_AWARE | SHRINKER_MEMCG_AWARE,
 705 };
 706
 707 /*
 708  * Our list_lru->lock is IRQ-safe as it nests inside the IRQ-safe
 709  * i_pages lock.
 710  */
 711 static struct lock_class_key shadow_nodes_key;
 712
 713 static int __init workingset_init(void)
 714 {
 715         unsigned int timestamp_bits;
 716         unsigned int max_order;
 717         int ret;
 718
 719         BUILD_BUG_ON(BITS_PER_LONG < EVICTION_SHIFT);
 720         /*
 721          * Calculate the eviction bucket size to cover the longest
 722          * actionable refault distance, which is currently half of
 723          * memory (totalram_pages/2). However, memory hotplug may add
 724          * some more pages at runtime, so keep working with up to
 725          * double the initial memory by using totalram_pages as-is.
 726          */
 727         timestamp_bits = BITS_PER_LONG - EVICTION_SHIFT;
 728         max_order = fls_long(totalram_pages() - 1);
 729         if (max_order > timestamp_bits)
 730                 bucket_order = max_order - timestamp_bits;
 731         pr_info("workingset: timestamp_bits=%d max_order=%d bucket_order=%u\n",
 732                timestamp_bits, max_order, bucket_order);
 733
 734         ret = prealloc_shrinker(&workingset_shadow_shrinker, "mm-shadow");
 735         if (ret)
 736                 goto err;
 737         ret = __list_lru_init(&shadow_nodes, true, &shadow_nodes_key,
 738                               &workingset_shadow_shrinker);
 739         if (ret)
 740                 goto err_list_lru;
 741         register_shrinker_prepared(&workingset_shadow_shrinker);
 742         return 0;
 743 err_list_lru:
 744         free_prealloced_shrinker(&workingset_shadow_shrinker);
 745 err:
 746         return ret;
 747 }
 748 module_init(workingset_init);