mm/mglru: respect min_ttl_ms with memcgs
authorYu Zhao <yuzhao@google.com>
Fri, 8 Dec 2023 06:14:06 +0000 (23:14 -0700)
committerGreg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Wed, 20 Dec 2023 16:02:03 +0000 (17:02 +0100)
commit 8aa420617918d12d1f5d55030a503c9418e73c2c upstream.

While investigating kswapd "consuming 100% CPU" [1] (also see "mm/mglru:
try to stop at high watermarks"), it was discovered that the memcg LRU can
breach the thrashing protection imposed by min_ttl_ms.

Before the memcg LRU:
  kswapd()
    shrink_node_memcgs()
      mem_cgroup_iter()
        inc_max_seq()  // always hit a different memcg
    lru_gen_age_node()
      mem_cgroup_iter()
        check the timestamp of the oldest generation

After the memcg LRU:
  kswapd()
    shrink_many()
      restart:
        iterate the memcg LRU:
          inc_max_seq()  // occasionally hit the same memcg
          if raced with lru_gen_rotate_memcg():
            goto restart
    lru_gen_age_node()
      mem_cgroup_iter()
        check the timestamp of the oldest generation

Specifically, when the restart happens in shrink_many(), it needs to stick
with the (memcg LRU) generation it began with.  In other words, it should
neither re-read memcg_lru->seq nor age an lruvec of a different
generation.  Otherwise it can hit the same memcg multiple times without
giving lru_gen_age_node() a chance to check the timestamp of that memcg's
oldest generation (against min_ttl_ms).

[1] https://lore.kernel.org/CAK8fFZ4DY+GtBA40Pm7Nn5xCHy+51w3sfxPqkqpqakSXYyX+Wg@mail.gmail.com/

Link: https://lkml.kernel.org/r/20231208061407.2125867-3-yuzhao@google.com
Fixes: e4dde56cd208 ("mm: multi-gen LRU: per-node lru_gen_folio lists")
Signed-off-by: Yu Zhao <yuzhao@google.com>
Tested-by: T.J. Mercier <tjmercier@google.com>
Cc: Charan Teja Kalla <quic_charante@quicinc.com>
Cc: Hillf Danton <hdanton@sina.com>
Cc: Jaroslav Pulchart <jaroslav.pulchart@gooddata.com>
Cc: Kairui Song <ryncsn@gmail.com>
Cc: Kalesh Singh <kaleshsingh@google.com>
Cc: <stable@vger.kernel.org>
Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
include/linux/mmzone.h
mm/vmscan.c

index 4106fbc..e57d93c 100644 (file)
@@ -505,33 +505,37 @@ void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw);
  * the old generation, is incremented when all its bins become empty.
  *
  * There are four operations:
- * 1. MEMCG_LRU_HEAD, which moves an memcg to the head of a random bin in its
+ * 1. MEMCG_LRU_HEAD, which moves a memcg to the head of a random bin in its
  *    current generation (old or young) and updates its "seg" to "head";
- * 2. MEMCG_LRU_TAIL, which moves an memcg to the tail of a random bin in its
+ * 2. MEMCG_LRU_TAIL, which moves a memcg to the tail of a random bin in its
  *    current generation (old or young) and updates its "seg" to "tail";
- * 3. MEMCG_LRU_OLD, which moves an memcg to the head of a random bin in the old
+ * 3. MEMCG_LRU_OLD, which moves a memcg to the head of a random bin in the old
  *    generation, updates its "gen" to "old" and resets its "seg" to "default";
- * 4. MEMCG_LRU_YOUNG, which moves an memcg to the tail of a random bin in the
+ * 4. MEMCG_LRU_YOUNG, which moves a memcg to the tail of a random bin in the
  *    young generation, updates its "gen" to "young" and resets its "seg" to
  *    "default".
  *
  * The events that trigger the above operations are:
  * 1. Exceeding the soft limit, which triggers MEMCG_LRU_HEAD;
- * 2. The first attempt to reclaim an memcg below low, which triggers
+ * 2. The first attempt to reclaim a memcg below low, which triggers
  *    MEMCG_LRU_TAIL;
- * 3. The first attempt to reclaim an memcg below reclaimable size threshold,
+ * 3. The first attempt to reclaim a memcg below reclaimable size threshold,
  *    which triggers MEMCG_LRU_TAIL;
- * 4. The second attempt to reclaim an memcg below reclaimable size threshold,
+ * 4. The second attempt to reclaim a memcg below reclaimable size threshold,
  *    which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
- * 5. Attempting to reclaim an memcg below min, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
+ * 5. Attempting to reclaim a memcg below min, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
  * 6. Finishing the aging on the eviction path, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
- * 7. Offlining an memcg, which triggers MEMCG_LRU_OLD.
+ * 7. Offlining a memcg, which triggers MEMCG_LRU_OLD.
  *
- * Note that memcg LRU only applies to global reclaim, and the round-robin
- * incrementing of their max_seq counters ensures the eventual fairness to all
- * eligible memcgs. For memcg reclaim, it still relies on mem_cgroup_iter().
+ * Notes:
+ * 1. Memcg LRU only applies to global reclaim, and the round-robin incrementing
+ *    of their max_seq counters ensures the eventual fairness to all eligible
+ *    memcgs. For memcg reclaim, it still relies on mem_cgroup_iter().
+ * 2. There are only two valid generations: old (seq) and young (seq+1).
+ *    MEMCG_NR_GENS is set to three so that when reading the generation counter
+ *    locklessly, a stale value (seq-1) does not wraparound to young.
  */
-#define MEMCG_NR_GENS  2
+#define MEMCG_NR_GENS  3
 #define MEMCG_NR_BINS  8
 
 struct lru_gen_memcg {
index a4f599e..cd15648 100644 (file)
@@ -4790,6 +4790,9 @@ static void lru_gen_rotate_memcg(struct lruvec *lruvec, int op)
        else
                VM_WARN_ON_ONCE(true);
 
+       WRITE_ONCE(lruvec->lrugen.seg, seg);
+       WRITE_ONCE(lruvec->lrugen.gen, new);
+
        hlist_nulls_del_rcu(&lruvec->lrugen.list);
 
        if (op == MEMCG_LRU_HEAD || op == MEMCG_LRU_OLD)
@@ -4800,9 +4803,6 @@ static void lru_gen_rotate_memcg(struct lruvec *lruvec, int op)
        pgdat->memcg_lru.nr_memcgs[old]--;
        pgdat->memcg_lru.nr_memcgs[new]++;
 
-       lruvec->lrugen.gen = new;
-       WRITE_ONCE(lruvec->lrugen.seg, seg);
-
        if (!pgdat->memcg_lru.nr_memcgs[old] && old == get_memcg_gen(pgdat->memcg_lru.seq))
                WRITE_ONCE(pgdat->memcg_lru.seq, pgdat->memcg_lru.seq + 1);
 
@@ -4825,11 +4825,11 @@ void lru_gen_online_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
 
                gen = get_memcg_gen(pgdat->memcg_lru.seq);
 
+               lruvec->lrugen.gen = gen;
+
                hlist_nulls_add_tail_rcu(&lruvec->lrugen.list, &pgdat->memcg_lru.fifo[gen][bin]);
                pgdat->memcg_lru.nr_memcgs[gen]++;
 
-               lruvec->lrugen.gen = gen;
-
                spin_unlock_irq(&pgdat->memcg_lru.lock);
        }
 }
@@ -5328,7 +5328,7 @@ static long get_nr_to_scan(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, bool
        DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
 
        if (mem_cgroup_below_min(sc->target_mem_cgroup, memcg))
-               return 0;
+               return -1;
 
        if (!should_run_aging(lruvec, max_seq, sc, can_swap, &nr_to_scan))
                return nr_to_scan;
@@ -5403,7 +5403,7 @@ static bool try_to_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
                cond_resched();
        }
 
-       /* whether try_to_inc_max_seq() was successful */
+       /* whether this lruvec should be rotated */
        return nr_to_scan < 0;
 }
 
@@ -5457,13 +5457,13 @@ static void shrink_many(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
        struct lruvec *lruvec;
        struct lru_gen_folio *lrugen;
        struct mem_cgroup *memcg;
-       const struct hlist_nulls_node *pos;
+       struct hlist_nulls_node *pos;
 
+       gen = get_memcg_gen(READ_ONCE(pgdat->memcg_lru.seq));
        bin = first_bin = get_random_u32_below(MEMCG_NR_BINS);
 restart:
        op = 0;
        memcg = NULL;
-       gen = get_memcg_gen(READ_ONCE(pgdat->memcg_lru.seq));
 
        rcu_read_lock();
 
@@ -5474,6 +5474,10 @@ restart:
                }
 
                mem_cgroup_put(memcg);
+               memcg = NULL;
+
+               if (gen != READ_ONCE(lrugen->gen))
+                       continue;
 
                lruvec = container_of(lrugen, struct lruvec, lrugen);
                memcg = lruvec_memcg(lruvec);
@@ -5558,16 +5562,14 @@ static void set_initial_priority(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control
        if (sc->priority != DEF_PRIORITY || sc->nr_to_reclaim < MIN_LRU_BATCH)
                return;
        /*
-        * Determine the initial priority based on ((total / MEMCG_NR_GENS) >>
-        * priority) * reclaimed_to_scanned_ratio = nr_to_reclaim, where the
-        * estimated reclaimed_to_scanned_ratio = inactive / total.
+        * Determine the initial priority based on
+        * (total >> priority) * reclaimed_to_scanned_ratio = nr_to_reclaim,
+        * where reclaimed_to_scanned_ratio = inactive / total.
         */
        reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
        if (get_swappiness(lruvec, sc))
                reclaimable += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
 
-       reclaimable /= MEMCG_NR_GENS;
-
        /* round down reclaimable and round up sc->nr_to_reclaim */
        priority = fls_long(reclaimable) - 1 - fls_long(sc->nr_to_reclaim - 1);