GNU Linux-libre 5.4.200-gnu1
[releases.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  linux/mm/vmscan.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *
7  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
8  *  kswapd added: 7.1.96  sct
9  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
10  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
11  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
12  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
13  */
14
15 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
16
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/kernel_stat.h>
22 #include <linux/swap.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/vmpressure.h>
27 #include <linux/vmstat.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
32                                         buffer_heads_over_limit */
33 #include <linux/mm_inline.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/rmap.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <linux/notifier.h>
41 #include <linux/rwsem.h>
42 #include <linux/delay.h>
43 #include <linux/kthread.h>
44 #include <linux/freezer.h>
45 #include <linux/memcontrol.h>
46 #include <linux/delayacct.h>
47 #include <linux/sysctl.h>
48 #include <linux/oom.h>
49 #include <linux/pagevec.h>
50 #include <linux/prefetch.h>
51 #include <linux/printk.h>
52 #include <linux/dax.h>
53 #include <linux/psi.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/div64.h>
57
58 #include <linux/swapops.h>
59 #include <linux/balloon_compaction.h>
60
61 #include "internal.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         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
83         unsigned int may_writepage:1;
84
85         /* Can mapped pages be reclaimed? */
86         unsigned int may_unmap:1;
87
88         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
89         unsigned int may_swap:1;
90
91         /*
92          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
93          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
94          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
95          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
96          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
97          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
98          */
99         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
100         unsigned int memcg_low_skipped:1;
101
102         unsigned int hibernation_mode:1;
103
104         /* One of the zones is ready for compaction */
105         unsigned int compaction_ready:1;
106
107         /* Allocation order */
108         s8 order;
109
110         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
111         s8 priority;
112
113         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
114         s8 reclaim_idx;
115
116         /* This context's GFP mask */
117         gfp_t gfp_mask;
118
119         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
120         unsigned long nr_scanned;
121
122         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
123         unsigned long nr_reclaimed;
124
125         struct {
126                 unsigned int dirty;
127                 unsigned int unqueued_dirty;
128                 unsigned int congested;
129                 unsigned int writeback;
130                 unsigned int immediate;
131                 unsigned int file_taken;
132                 unsigned int taken;
133         } nr;
134
135         /* for recording the reclaimed slab by now */
136         struct reclaim_state reclaim_state;
137 };
138
139 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
140 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
141         do {                                                            \
142                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
143                         struct page *prev;                              \
144                                                                         \
145                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
146                         prefetch(&prev->_field);                        \
147                 }                                                       \
148         } while (0)
149 #else
150 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
151 #endif
152
153 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
154 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
155         do {                                                            \
156                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
157                         struct page *prev;                              \
158                                                                         \
159                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
160                         prefetchw(&prev->_field);                       \
161                 }                                                       \
162         } while (0)
163 #else
164 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
165 #endif
166
167 /*
168  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
169  */
170 int vm_swappiness = 60;
171 /*
172  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
173  * zones.
174  */
175 unsigned long vm_total_pages;
176
177 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
178                                    struct reclaim_state *rs)
179 {
180         /* Check for an overwrite */
181         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
182
183         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
184         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
185
186         task->reclaim_state = rs;
187 }
188
189 static LIST_HEAD(shrinker_list);
190 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
191
192 #ifdef CONFIG_MEMCG
193 /*
194  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
195  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
196  * for the shrinker, since we don't want to impose
197  * restrictions on their internal registration order.
198  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
199  * bit is set in the shrinkers map.
200  *
201  * This value is used by the function to detect registering
202  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
203  */
204 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
205
206 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
207 static int shrinker_nr_max;
208
209 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
210 {
211         int id, ret = -ENOMEM;
212
213         down_write(&shrinker_rwsem);
214         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
215         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
216         if (id < 0)
217                 goto unlock;
218
219         if (id >= shrinker_nr_max) {
220                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
221                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
222                         goto unlock;
223                 }
224
225                 shrinker_nr_max = id + 1;
226         }
227         shrinker->id = id;
228         ret = 0;
229 unlock:
230         up_write(&shrinker_rwsem);
231         return ret;
232 }
233
234 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
235 {
236         int id = shrinker->id;
237
238         BUG_ON(id < 0);
239
240         down_write(&shrinker_rwsem);
241         idr_remove(&shrinker_idr, id);
242         up_write(&shrinker_rwsem);
243 }
244
245 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
246 {
247         return !sc->target_mem_cgroup;
248 }
249
250 /**
251  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
252  * @sc: scan_control in question
253  *
254  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
255  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
256  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
257  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
258  * allocation and configurability.
259  *
260  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
261  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
262  */
263 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
264 {
265         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
266
267         if (!memcg)
268                 return true;
269 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
270         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
271                 return true;
272 #endif
273         return false;
274 }
275
276 static void set_memcg_congestion(pg_data_t *pgdat,
277                                 struct mem_cgroup *memcg,
278                                 bool congested)
279 {
280         struct mem_cgroup_per_node *mn;
281
282         if (!memcg)
283                 return;
284
285         mn = mem_cgroup_nodeinfo(memcg, pgdat->node_id);
286         WRITE_ONCE(mn->congested, congested);
287 }
288
289 static bool memcg_congested(pg_data_t *pgdat,
290                         struct mem_cgroup *memcg)
291 {
292         struct mem_cgroup_per_node *mn;
293
294         mn = mem_cgroup_nodeinfo(memcg, pgdat->node_id);
295         return READ_ONCE(mn->congested);
296
297 }
298 #else
299 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
300 {
301         return 0;
302 }
303
304 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
305 {
306 }
307
308 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
309 {
310         return true;
311 }
312
313 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
314 {
315         return true;
316 }
317
318 static inline void set_memcg_congestion(struct pglist_data *pgdat,
319                                 struct mem_cgroup *memcg, bool congested)
320 {
321 }
322
323 static inline bool memcg_congested(struct pglist_data *pgdat,
324                         struct mem_cgroup *memcg)
325 {
326         return false;
327
328 }
329 #endif
330
331 /*
332  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
333  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
334  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
335  */
336 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
337 {
338         unsigned long nr;
339
340         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
341                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
342         if (get_nr_swap_pages() > 0)
343                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
344                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
345
346         return nr;
347 }
348
349 /**
350  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
351  * @lruvec: lru vector
352  * @lru: lru to use
353  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
354  */
355 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
356 {
357         unsigned long lru_size = 0;
358         int zid;
359
360         if (!mem_cgroup_disabled()) {
361                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++)
362                         lru_size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
363         } else
364                 lru_size = node_page_state(lruvec_pgdat(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
365
366         for (zid = zone_idx + 1; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
367                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
368                 unsigned long size;
369
370                 if (!managed_zone(zone))
371                         continue;
372
373                 if (!mem_cgroup_disabled())
374                         size = mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
375                 else
376                         size = zone_page_state(&lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid],
377                                        NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
378                 lru_size -= min(size, lru_size);
379         }
380
381         return lru_size;
382
383 }
384
385 /*
386  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
387  */
388 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
389 {
390         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
391
392         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
393                 size *= nr_node_ids;
394
395         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
396         if (!shrinker->nr_deferred)
397                 return -ENOMEM;
398
399         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
400                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
401                         goto free_deferred;
402         }
403
404         return 0;
405
406 free_deferred:
407         kfree(shrinker->nr_deferred);
408         shrinker->nr_deferred = NULL;
409         return -ENOMEM;
410 }
411
412 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
413 {
414         if (!shrinker->nr_deferred)
415                 return;
416
417         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
418                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
419
420         kfree(shrinker->nr_deferred);
421         shrinker->nr_deferred = NULL;
422 }
423
424 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
425 {
426         down_write(&shrinker_rwsem);
427         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
428 #ifdef CONFIG_MEMCG
429         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
430                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
431 #endif
432         up_write(&shrinker_rwsem);
433 }
434
435 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
436 {
437         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
438
439         if (err)
440                 return err;
441         register_shrinker_prepared(shrinker);
442         return 0;
443 }
444 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
445
446 /*
447  * Remove one
448  */
449 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
450 {
451         if (!shrinker->nr_deferred)
452                 return;
453         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
454                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
455         down_write(&shrinker_rwsem);
456         list_del(&shrinker->list);
457         up_write(&shrinker_rwsem);
458         kfree(shrinker->nr_deferred);
459         shrinker->nr_deferred = NULL;
460 }
461 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
462
463 #define SHRINK_BATCH 128
464
465 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
466                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
467 {
468         unsigned long freed = 0;
469         unsigned long long delta;
470         long total_scan;
471         long freeable;
472         long nr;
473         long new_nr;
474         int nid = shrinkctl->nid;
475         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
476                                           : SHRINK_BATCH;
477         long scanned = 0, next_deferred;
478
479         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
480                 nid = 0;
481
482         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
483         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
484                 return freeable;
485
486         /*
487          * copy the current shrinker scan count into a local variable
488          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
489          * don't also do this scanning work.
490          */
491         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
492
493         total_scan = nr;
494         if (shrinker->seeks) {
495                 delta = freeable >> priority;
496                 delta *= 4;
497                 do_div(delta, shrinker->seeks);
498         } else {
499                 /*
500                  * These objects don't require any IO to create. Trim
501                  * them aggressively under memory pressure to keep
502                  * them from causing refetches in the IO caches.
503                  */
504                 delta = freeable / 2;
505         }
506
507         total_scan += delta;
508         if (total_scan < 0) {
509                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
510                        shrinker->scan_objects, total_scan);
511                 total_scan = freeable;
512                 next_deferred = nr;
513         } else
514                 next_deferred = total_scan;
515
516         /*
517          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
518          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
519          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
520          * nr being built up so when a shrink that can do some work
521          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
522          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
523          * memory.
524          *
525          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
526          * a large delta change is calculated directly.
527          */
528         if (delta < freeable / 4)
529                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
530
531         /*
532          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
533          * never try to free more than twice the estimate number of
534          * freeable entries.
535          */
536         if (total_scan > freeable * 2)
537                 total_scan = freeable * 2;
538
539         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
540                                    freeable, delta, total_scan, priority);
541
542         /*
543          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
544          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
545          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
546          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
547          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
548          * objects spread over several slabs with usage less than the
549          * batch_size.
550          *
551          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
552          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
553          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
554          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
555          * possible.
556          */
557         while (total_scan >= batch_size ||
558                total_scan >= freeable) {
559                 unsigned long ret;
560                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
561
562                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
563                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
564                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
565                 if (ret == SHRINK_STOP)
566                         break;
567                 freed += ret;
568
569                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
570                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
571                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
572
573                 cond_resched();
574         }
575
576         if (next_deferred >= scanned)
577                 next_deferred -= scanned;
578         else
579                 next_deferred = 0;
580         /*
581          * move the unused scan count back into the shrinker in a
582          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
583          * scan, there is no need to do an update.
584          */
585         if (next_deferred > 0)
586                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
587                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
588         else
589                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
590
591         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
592         return freed;
593 }
594
595 #ifdef CONFIG_MEMCG
596 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
597                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
598 {
599         struct memcg_shrinker_map *map;
600         unsigned long ret, freed = 0;
601         int i;
602
603         if (!mem_cgroup_online(memcg))
604                 return 0;
605
606         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
607                 return 0;
608
609         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
610                                         true);
611         if (unlikely(!map))
612                 goto unlock;
613
614         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
615                 struct shrink_control sc = {
616                         .gfp_mask = gfp_mask,
617                         .nid = nid,
618                         .memcg = memcg,
619                 };
620                 struct shrinker *shrinker;
621
622                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
623                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
624                         if (!shrinker)
625                                 clear_bit(i, map->map);
626                         continue;
627                 }
628
629                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
630                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
631                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
632                         continue;
633
634                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
635                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
636                         clear_bit(i, map->map);
637                         /*
638                          * After the shrinker reported that it had no objects to
639                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
640                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
641                          * added. To make sure, we have the bit set in this
642                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
643                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
644                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
645                          * memcg_set_shrinker_bit():
646                          *
647                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
648                          *   list_add_tail()    clear_bit()
649                          *   <MB>               <MB>
650                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
651                          */
652                         smp_mb__after_atomic();
653                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
654                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
655                                 ret = 0;
656                         else
657                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
658                 }
659                 freed += ret;
660
661                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
662                         freed = freed ? : 1;
663                         break;
664                 }
665         }
666 unlock:
667         up_read(&shrinker_rwsem);
668         return freed;
669 }
670 #else /* CONFIG_MEMCG */
671 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
672                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
673 {
674         return 0;
675 }
676 #endif /* CONFIG_MEMCG */
677
678 /**
679  * shrink_slab - shrink slab caches
680  * @gfp_mask: allocation context
681  * @nid: node whose slab caches to target
682  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
683  * @priority: the reclaim priority
684  *
685  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
686  *
687  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
688  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
689  *
690  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
691  * are called only if it is the root cgroup.
692  *
693  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
694  * in order to get the scan target.
695  *
696  * Returns the number of reclaimed slab objects.
697  */
698 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
699                                  struct mem_cgroup *memcg,
700                                  int priority)
701 {
702         unsigned long ret, freed = 0;
703         struct shrinker *shrinker;
704
705         /*
706          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
707          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
708          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
709          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
710          * oom.
711          */
712         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
713                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
714
715         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
716                 goto out;
717
718         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
719                 struct shrink_control sc = {
720                         .gfp_mask = gfp_mask,
721                         .nid = nid,
722                         .memcg = memcg,
723                 };
724
725                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
726                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
727                         ret = 0;
728                 freed += ret;
729                 /*
730                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
731                  * prevent the regsitration from being stalled for long periods
732                  * by parallel ongoing shrinking.
733                  */
734                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
735                         freed = freed ? : 1;
736                         break;
737                 }
738         }
739
740         up_read(&shrinker_rwsem);
741 out:
742         cond_resched();
743         return freed;
744 }
745
746 void drop_slab_node(int nid)
747 {
748         unsigned long freed;
749
750         do {
751                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
752
753                 freed = 0;
754                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
755                 do {
756                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
757                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
758         } while (freed > 10);
759 }
760
761 void drop_slab(void)
762 {
763         int nid;
764
765         for_each_online_node(nid)
766                 drop_slab_node(nid);
767 }
768
769 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
770 {
771         /*
772          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
773          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
774          * heads at page->private.
775          */
776         int page_cache_pins = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
777                 HPAGE_PMD_NR : 1;
778         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
779 }
780
781 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
782 {
783         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
784                 return 1;
785         if (!inode_write_congested(inode))
786                 return 1;
787         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
788                 return 1;
789         return 0;
790 }
791
792 /*
793  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
794  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
795  * fsync(), msync() or close().
796  *
797  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
798  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
799  * that page is locked, the mapping is pinned.
800  *
801  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
802  * __GFP_FS.
803  */
804 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
805                                 struct page *page, int error)
806 {
807         lock_page(page);
808         if (page_mapping(page) == mapping)
809                 mapping_set_error(mapping, error);
810         unlock_page(page);
811 }
812
813 /* possible outcome of pageout() */
814 typedef enum {
815         /* failed to write page out, page is locked */
816         PAGE_KEEP,
817         /* move page to the active list, page is locked */
818         PAGE_ACTIVATE,
819         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
820         PAGE_SUCCESS,
821         /* page is clean and locked */
822         PAGE_CLEAN,
823 } pageout_t;
824
825 /*
826  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
827  * Calls ->writepage().
828  */
829 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
830                          struct scan_control *sc)
831 {
832         /*
833          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
834          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
835          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
836          * stalls if we need to run get_block().  We could test
837          * PagePrivate for that.
838          *
839          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
840          * this page's queue, we can perform writeback even if that
841          * will block.
842          *
843          * If the page is swapcache, write it back even if that would
844          * block, for some throttling. This happens by accident, because
845          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
846          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
847          */
848         if (!is_page_cache_freeable(page))
849                 return PAGE_KEEP;
850         if (!mapping) {
851                 /*
852                  * Some data journaling orphaned pages can have
853                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
854                  */
855                 if (page_has_private(page)) {
856                         if (try_to_free_buffers(page)) {
857                                 ClearPageDirty(page);
858                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
859                                 return PAGE_CLEAN;
860                         }
861                 }
862                 return PAGE_KEEP;
863         }
864         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
865                 return PAGE_ACTIVATE;
866         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
867                 return PAGE_KEEP;
868
869         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
870                 int res;
871                 struct writeback_control wbc = {
872                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
873                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
874                         .range_start = 0,
875                         .range_end = LLONG_MAX,
876                         .for_reclaim = 1,
877                 };
878
879                 SetPageReclaim(page);
880                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
881                 if (res < 0)
882                         handle_write_error(mapping, page, res);
883                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
884                         ClearPageReclaim(page);
885                         return PAGE_ACTIVATE;
886                 }
887
888                 if (!PageWriteback(page)) {
889                         /* synchronous write or broken a_ops? */
890                         ClearPageReclaim(page);
891                 }
892                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
893                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
894                 return PAGE_SUCCESS;
895         }
896
897         return PAGE_CLEAN;
898 }
899
900 /*
901  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
902  * gets returned with a refcount of 0.
903  */
904 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
905                             bool reclaimed)
906 {
907         unsigned long flags;
908         int refcount;
909
910         BUG_ON(!PageLocked(page));
911         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
912
913         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
914         /*
915          * The non racy check for a busy page.
916          *
917          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
918          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
919          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
920          * here, then the following race may occur:
921          *
922          * get_user_pages(&page);
923          * [user mapping goes away]
924          * write_to(page);
925          *                              !PageDirty(page)    [good]
926          * SetPageDirty(page);
927          * put_page(page);
928          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
929          *
930          * [oops, our write_to data is lost]
931          *
932          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
933          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
934          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
935          *
936          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
937          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
938          */
939         refcount = 1 + compound_nr(page);
940         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
941                 goto cannot_free;
942         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
943         if (unlikely(PageDirty(page))) {
944                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
945                 goto cannot_free;
946         }
947
948         if (PageSwapCache(page)) {
949                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
950                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
951                 __delete_from_swap_cache(page, swap);
952                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
953                 put_swap_page(page, swap);
954         } else {
955                 void (*freepage)(struct page *);
956                 void *shadow = NULL;
957
958                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
959                 /*
960                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
961                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
962                  *
963                  * But don't store shadows in an address space that is
964                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
965                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
966                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
967                  * back.
968                  *
969                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
970                  * only page cache pages found in these are zero pages
971                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
972                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
973                  * same address_space.
974                  */
975                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
976                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
977                         shadow = workingset_eviction(page);
978                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
979                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
980
981                 if (freepage != NULL)
982                         freepage(page);
983         }
984
985         return 1;
986
987 cannot_free:
988         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
989         return 0;
990 }
991
992 /*
993  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
994  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
995  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
996  * this page.
997  */
998 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
999 {
1000         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
1001                 /*
1002                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
1003                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1004                  * atomic operation.
1005                  */
1006                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1007                 return 1;
1008         }
1009         return 0;
1010 }
1011
1012 /**
1013  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
1014  * @page: page to be put back to appropriate lru list
1015  *
1016  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
1017  * Page may still be unevictable for other reasons.
1018  *
1019  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1020  */
1021 void putback_lru_page(struct page *page)
1022 {
1023         lru_cache_add(page);
1024         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
1025 }
1026
1027 enum page_references {
1028         PAGEREF_RECLAIM,
1029         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1030         PAGEREF_KEEP,
1031         PAGEREF_ACTIVATE,
1032 };
1033
1034 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
1035                                                   struct scan_control *sc)
1036 {
1037         int referenced_ptes, referenced_page;
1038         unsigned long vm_flags;
1039
1040         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
1041                                           &vm_flags);
1042         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
1043
1044         /*
1045          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1046          * move the page to the unevictable list.
1047          */
1048         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1049                 return PAGEREF_RECLAIM;
1050
1051         if (referenced_ptes) {
1052                 if (PageSwapBacked(page))
1053                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1054                 /*
1055                  * All mapped pages start out with page table
1056                  * references from the instantiating fault, so we need
1057                  * to look twice if a mapped file page is used more
1058                  * than once.
1059                  *
1060                  * Mark it and spare it for another trip around the
1061                  * inactive list.  Another page table reference will
1062                  * lead to its activation.
1063                  *
1064                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1065                  * so that recently deactivated but used pages are
1066                  * quickly recovered.
1067                  */
1068                 SetPageReferenced(page);
1069
1070                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1071                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1072
1073                 /*
1074                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1075                  */
1076                 if (vm_flags & VM_EXEC)
1077                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1078
1079                 return PAGEREF_KEEP;
1080         }
1081
1082         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1083         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1084                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1085
1086         return PAGEREF_RECLAIM;
1087 }
1088
1089 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1090 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1091                                        bool *dirty, bool *writeback)
1092 {
1093         struct address_space *mapping;
1094
1095         /*
1096          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1097          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1098          */
1099         if (!page_is_file_cache(page) ||
1100             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1101                 *dirty = false;
1102                 *writeback = false;
1103                 return;
1104         }
1105
1106         /* By default assume that the page flags are accurate */
1107         *dirty = PageDirty(page);
1108         *writeback = PageWriteback(page);
1109
1110         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1111         if (!page_has_private(page))
1112                 return;
1113
1114         mapping = page_mapping(page);
1115         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1116                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1117 }
1118
1119 /*
1120  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1121  */
1122 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1123                                       struct pglist_data *pgdat,
1124                                       struct scan_control *sc,
1125                                       enum ttu_flags ttu_flags,
1126                                       struct reclaim_stat *stat,
1127                                       bool ignore_references)
1128 {
1129         LIST_HEAD(ret_pages);
1130         LIST_HEAD(free_pages);
1131         unsigned nr_reclaimed = 0;
1132         unsigned pgactivate = 0;
1133
1134         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1135         cond_resched();
1136
1137         while (!list_empty(page_list)) {
1138                 struct address_space *mapping;
1139                 struct page *page;
1140                 int may_enter_fs;
1141                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1142                 bool dirty, writeback;
1143                 unsigned int nr_pages;
1144
1145                 cond_resched();
1146
1147                 page = lru_to_page(page_list);
1148                 list_del(&page->lru);
1149
1150                 if (!trylock_page(page))
1151                         goto keep;
1152
1153                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1154
1155                 nr_pages = compound_nr(page);
1156
1157                 /* Account the number of base pages even though THP */
1158                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1159
1160                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1161                         goto activate_locked;
1162
1163                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1164                         goto keep_locked;
1165
1166                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1167                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1168
1169                 /*
1170                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1171                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1172                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1173                  * is all dirty unqueued pages.
1174                  */
1175                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1176                 if (dirty || writeback)
1177                         stat->nr_dirty++;
1178
1179                 if (dirty && !writeback)
1180                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1181
1182                 /*
1183                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1184                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1185                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1186                  * end of the LRU a second time.
1187                  */
1188                 mapping = page_mapping(page);
1189                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1190                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1191                     (writeback && PageReclaim(page)))
1192                         stat->nr_congested++;
1193
1194                 /*
1195                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1196                  * are three cases to consider.
1197                  *
1198                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1199                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1200                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1201                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1202                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1203                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1204                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1205                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1206                  *    caller can stall after page list has been processed.
1207                  *
1208                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1209                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1210                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1211                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1212                  *    reclaim and continue scanning.
1213                  *
1214                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1215                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1216                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1217                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1218                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1219                  *    would probably show more reasons.
1220                  *
1221                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1222                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1223                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1224                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1225                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1226                  *
1227                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1228                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1229                  * inactive list and refilling from the active list. The
1230                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1231                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1232                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1233                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1234                  * takes to write them to disk.
1235                  */
1236                 if (PageWriteback(page)) {
1237                         /* Case 1 above */
1238                         if (current_is_kswapd() &&
1239                             PageReclaim(page) &&
1240                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1241                                 stat->nr_immediate++;
1242                                 goto activate_locked;
1243
1244                         /* Case 2 above */
1245                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1246                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1247                                 /*
1248                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1249                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1250                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1251                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1252                                  * enough to care.  What we do want is for this
1253                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1254                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1255                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1256                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1257                                  */
1258                                 SetPageReclaim(page);
1259                                 stat->nr_writeback++;
1260                                 goto activate_locked;
1261
1262                         /* Case 3 above */
1263                         } else {
1264                                 unlock_page(page);
1265                                 wait_on_page_writeback(page);
1266                                 /* then go back and try same page again */
1267                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1268                                 continue;
1269                         }
1270                 }
1271
1272                 if (!ignore_references)
1273                         references = page_check_references(page, sc);
1274
1275                 switch (references) {
1276                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1277                         goto activate_locked;
1278                 case PAGEREF_KEEP:
1279                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1280                         goto keep_locked;
1281                 case PAGEREF_RECLAIM:
1282                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1283                         ; /* try to reclaim the page below */
1284                 }
1285
1286                 /*
1287                  * Anonymous process memory has backing store?
1288                  * Try to allocate it some swap space here.
1289                  * Lazyfree page could be freed directly
1290                  */
1291                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1292                         if (!PageSwapCache(page)) {
1293                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1294                                         goto keep_locked;
1295                                 if (PageTransHuge(page)) {
1296                                         /* cannot split THP, skip it */
1297                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1298                                                 goto activate_locked;
1299                                         /*
1300                                          * Split pages without a PMD map right
1301                                          * away. Chances are some or all of the
1302                                          * tail pages can be freed without IO.
1303                                          */
1304                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1305                                             split_huge_page_to_list(page,
1306                                                                     page_list))
1307                                                 goto activate_locked;
1308                                 }
1309                                 if (!add_to_swap(page)) {
1310                                         if (!PageTransHuge(page))
1311                                                 goto activate_locked_split;
1312                                         /* Fallback to swap normal pages */
1313                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1314                                                                     page_list))
1315                                                 goto activate_locked;
1316 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1317                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1318 #endif
1319                                         if (!add_to_swap(page))
1320                                                 goto activate_locked_split;
1321                                 }
1322
1323                                 may_enter_fs = 1;
1324
1325                                 /* Adding to swap updated mapping */
1326                                 mapping = page_mapping(page);
1327                         }
1328                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1329                         /* Split file THP */
1330                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1331                                 goto keep_locked;
1332                 }
1333
1334                 /*
1335                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1336                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1337                  *
1338                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1339                  * reach here.
1340                  */
1341                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1342                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1343                         nr_pages = 1;
1344                 }
1345
1346                 /*
1347                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1348                  * processes. Try to unmap it here.
1349                  */
1350                 if (page_mapped(page)) {
1351                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1352
1353                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1354                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1355                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1356                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1357                                 goto activate_locked;
1358                         }
1359                 }
1360
1361                 if (PageDirty(page)) {
1362                         /*
1363                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1364                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1365                          * injecting inefficient single-page IO into
1366                          * flusher writeback as much as possible: only
1367                          * write pages when we've encountered many
1368                          * dirty pages, and when we've already scanned
1369                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1370                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1371                          */
1372                         if (page_is_file_cache(page) &&
1373                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1374                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1375                                 /*
1376                                  * Immediately reclaim when written back.
1377                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1378                                  * except we already have the page isolated
1379                                  * and know it's dirty
1380                                  */
1381                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1382                                 SetPageReclaim(page);
1383
1384                                 goto activate_locked;
1385                         }
1386
1387                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1388                                 goto keep_locked;
1389                         if (!may_enter_fs)
1390                                 goto keep_locked;
1391                         if (!sc->may_writepage)
1392                                 goto keep_locked;
1393
1394                         /*
1395                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1396                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1397                          * starts and then write it out here.
1398                          */
1399                         try_to_unmap_flush_dirty();
1400                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1401                         case PAGE_KEEP:
1402                                 goto keep_locked;
1403                         case PAGE_ACTIVATE:
1404                                 goto activate_locked;
1405                         case PAGE_SUCCESS:
1406                                 if (PageWriteback(page))
1407                                         goto keep;
1408                                 if (PageDirty(page))
1409                                         goto keep;
1410
1411                                 /*
1412                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1413                                  * ahead and try to reclaim the page.
1414                                  */
1415                                 if (!trylock_page(page))
1416                                         goto keep;
1417                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1418                                         goto keep_locked;
1419                                 mapping = page_mapping(page);
1420                         case PAGE_CLEAN:
1421                                 ; /* try to free the page below */
1422                         }
1423                 }
1424
1425                 /*
1426                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1427                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1428                  * the page as well.
1429                  *
1430                  * We do this even if the page is PageDirty().
1431                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1432                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1433                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1434                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1435                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1436                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1437                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1438                  *
1439                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1440                  * the pages which were not successfully invalidated in
1441                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1442                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1443                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1444                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1445                  */
1446                 if (page_has_private(page)) {
1447                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1448                                 goto activate_locked;
1449                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1450                                 unlock_page(page);
1451                                 if (put_page_testzero(page))
1452                                         goto free_it;
1453                                 else {
1454                                         /*
1455                                          * rare race with speculative reference.
1456                                          * the speculative reference will free
1457                                          * this page shortly, so we may
1458                                          * increment nr_reclaimed here (and
1459                                          * leave it off the LRU).
1460                                          */
1461                                         nr_reclaimed++;
1462                                         continue;
1463                                 }
1464                         }
1465                 }
1466
1467                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1468                         /* follow __remove_mapping for reference */
1469                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1470                                 goto keep_locked;
1471                         if (PageDirty(page)) {
1472                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1473                                 goto keep_locked;
1474                         }
1475
1476                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1477                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1478                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1479                         goto keep_locked;
1480
1481                 unlock_page(page);
1482 free_it:
1483                 /*
1484                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1485                  * all base pages.
1486                  */
1487                 nr_reclaimed += nr_pages;
1488
1489                 /*
1490                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1491                  * appear not as the counts should be low
1492                  */
1493                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1494                         (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1495                 else
1496                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1497                 continue;
1498
1499 activate_locked_split:
1500                 /*
1501                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1502                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1503                  */
1504                 if (nr_pages > 1) {
1505                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1506                         nr_pages = 1;
1507                 }
1508 activate_locked:
1509                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1510                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1511                                                 PageMlocked(page)))
1512                         try_to_free_swap(page);
1513                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1514                 if (!PageMlocked(page)) {
1515                         int type = page_is_file_cache(page);
1516                         SetPageActive(page);
1517                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1518                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1519                 }
1520 keep_locked:
1521                 unlock_page(page);
1522 keep:
1523                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1524                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1525         }
1526
1527         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1528
1529         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1530         try_to_unmap_flush();
1531         free_unref_page_list(&free_pages);
1532
1533         list_splice(&ret_pages, page_list);
1534         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1535
1536         return nr_reclaimed;
1537 }
1538
1539 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1540                                             struct list_head *page_list)
1541 {
1542         struct scan_control sc = {
1543                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1544                 .priority = DEF_PRIORITY,
1545                 .may_unmap = 1,
1546         };
1547         struct reclaim_stat dummy_stat;
1548         unsigned long ret;
1549         struct page *page, *next;
1550         LIST_HEAD(clean_pages);
1551
1552         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1553                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1554                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1555                         ClearPageActive(page);
1556                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1557                 }
1558         }
1559
1560         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1561                         TTU_IGNORE_ACCESS, &dummy_stat, true);
1562         list_splice(&clean_pages, page_list);
1563         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1564         return ret;
1565 }
1566
1567 /*
1568  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1569  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1570  * freed elsewhere are also ignored.
1571  *
1572  * page:        page to consider
1573  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1574  *
1575  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1576  */
1577 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1578 {
1579         int ret = -EINVAL;
1580
1581         /* Only take pages on the LRU. */
1582         if (!PageLRU(page))
1583                 return ret;
1584
1585         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1586         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1587                 return ret;
1588
1589         ret = -EBUSY;
1590
1591         /*
1592          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1593          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1594          * blocking - clean pages for the most part.
1595          *
1596          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1597          * that it is possible to migrate without blocking
1598          */
1599         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1600                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1601                 if (PageWriteback(page))
1602                         return ret;
1603
1604                 if (PageDirty(page)) {
1605                         struct address_space *mapping;
1606                         bool migrate_dirty;
1607
1608                         /*
1609                          * Only pages without mappings or that have a
1610                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1611                          * without blocking. However, we can be racing with
1612                          * truncation so it's necessary to lock the page
1613                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1614                          * the page lock until after the page is removed
1615                          * from the page cache.
1616                          */
1617                         if (!trylock_page(page))
1618                                 return ret;
1619
1620                         mapping = page_mapping(page);
1621                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1622                         unlock_page(page);
1623                         if (!migrate_dirty)
1624                                 return ret;
1625                 }
1626         }
1627
1628         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1629                 return ret;
1630
1631         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1632                 /*
1633                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1634                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1635                  * page release code relies on it.
1636                  */
1637                 ClearPageLRU(page);
1638                 ret = 0;
1639         }
1640
1641         return ret;
1642 }
1643
1644
1645 /*
1646  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1647  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a santity check.
1648  */
1649 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1650                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1651 {
1652         int zid;
1653
1654         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1655                 if (!nr_zone_taken[zid])
1656                         continue;
1657
1658                 __update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1659 #ifdef CONFIG_MEMCG
1660                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1661 #endif
1662         }
1663
1664 }
1665
1666 /**
1667  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1668  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1669  * and working on them outside the LRU lock.
1670  *
1671  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1672  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1673  *
1674  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1675  *
1676  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1677  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1678  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1679  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1680  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1681  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1682  * @lru:        LRU list id for isolating
1683  *
1684  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1685  */
1686 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1687                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1688                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1689                 enum lru_list lru)
1690 {
1691         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1692         unsigned long nr_taken = 0;
1693         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1694         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1695         unsigned long skipped = 0;
1696         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1697         LIST_HEAD(pages_skipped);
1698         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1699
1700         total_scan = 0;
1701         scan = 0;
1702         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1703                 struct page *page;
1704
1705                 page = lru_to_page(src);
1706                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1707
1708                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1709
1710                 nr_pages = compound_nr(page);
1711                 total_scan += nr_pages;
1712
1713                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1714                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1715                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1716                         continue;
1717                 }
1718
1719                 /*
1720                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1721                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1722                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1723                  * pages, triggering a premature OOM.
1724                  *
1725                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1726                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1727                  * only when the page is being freed somewhere else.
1728                  */
1729                 scan += nr_pages;
1730                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1731                 case 0:
1732                         nr_taken += nr_pages;
1733                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1734                         list_move(&page->lru, dst);
1735                         break;
1736
1737                 case -EBUSY:
1738                         /* else it is being freed elsewhere */
1739                         list_move(&page->lru, src);
1740                         continue;
1741
1742                 default:
1743                         BUG();
1744                 }
1745         }
1746
1747         /*
1748          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1749          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1750          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1751          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1752          * system at risk of premature OOM.
1753          */
1754         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1755                 int zid;
1756
1757                 list_splice(&pages_skipped, src);
1758                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1759                         if (!nr_skipped[zid])
1760                                 continue;
1761
1762                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1763                         skipped += nr_skipped[zid];
1764                 }
1765         }
1766         *nr_scanned = total_scan;
1767         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1768                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1769         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1770         return nr_taken;
1771 }
1772
1773 /**
1774  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1775  * @page: page to isolate from its LRU list
1776  *
1777  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1778  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1779  *
1780  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1781  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1782  *
1783  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1784  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1785  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1786  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1787  *
1788  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1789  * found will be decremented.
1790  *
1791  * Restrictions:
1792  *
1793  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1794  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1795  *     without a stable reference).
1796  * (2) the lru_lock must not be held.
1797  * (3) interrupts must be enabled.
1798  */
1799 int isolate_lru_page(struct page *page)
1800 {
1801         int ret = -EBUSY;
1802
1803         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1804         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1805
1806         if (PageLRU(page)) {
1807                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1808                 struct lruvec *lruvec;
1809
1810                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1811                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1812                 if (PageLRU(page)) {
1813                         int lru = page_lru(page);
1814                         get_page(page);
1815                         ClearPageLRU(page);
1816                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1817                         ret = 0;
1818                 }
1819                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1820         }
1821         return ret;
1822 }
1823
1824 /*
1825  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1826  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1827  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1828  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1829  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1830  */
1831 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1832                 struct scan_control *sc)
1833 {
1834         unsigned long inactive, isolated;
1835
1836         if (current_is_kswapd())
1837                 return 0;
1838
1839         if (!sane_reclaim(sc))
1840                 return 0;
1841
1842         if (file) {
1843                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1844                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1845         } else {
1846                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1847                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1848         }
1849
1850         /*
1851          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1852          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1853          * deadlock.
1854          */
1855         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1856                 inactive >>= 3;
1857
1858         return isolated > inactive;
1859 }
1860
1861 /*
1862  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1863  *
1864  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1865  * processes, from rmap.
1866  *
1867  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1868  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1869  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1870  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1871  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1872  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1873  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1874  *
1875  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1876  * But we had to alter page->flags anyway.
1877  *
1878  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1879  */
1880
1881 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1882                                                      struct list_head *list)
1883 {
1884         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1885         int nr_pages, nr_moved = 0;
1886         LIST_HEAD(pages_to_free);
1887         struct page *page;
1888         enum lru_list lru;
1889
1890         while (!list_empty(list)) {
1891                 page = lru_to_page(list);
1892                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1893                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1894                         list_del(&page->lru);
1895                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1896                         putback_lru_page(page);
1897                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1898                         continue;
1899                 }
1900                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1901
1902                 SetPageLRU(page);
1903                 lru = page_lru(page);
1904
1905                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1906                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1907                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1908
1909                 if (put_page_testzero(page)) {
1910                         __ClearPageLRU(page);
1911                         __ClearPageActive(page);
1912                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1913
1914                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1915                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1916                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1917                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1918                         } else
1919                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1920                 } else {
1921                         nr_moved += nr_pages;
1922                 }
1923         }
1924
1925         /*
1926          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1927          */
1928         list_splice(&pages_to_free, list);
1929
1930         return nr_moved;
1931 }
1932
1933 /*
1934  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1935  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1936  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1937  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1938  */
1939 static int current_may_throttle(void)
1940 {
1941         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1942                 current->backing_dev_info == NULL ||
1943                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1944 }
1945
1946 /*
1947  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1948  * of reclaimed pages
1949  */
1950 static noinline_for_stack unsigned long
1951 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1952                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1953 {
1954         LIST_HEAD(page_list);
1955         unsigned long nr_scanned;
1956         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1957         unsigned long nr_taken;
1958         struct reclaim_stat stat;
1959         int file = is_file_lru(lru);
1960         enum vm_event_item item;
1961         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1962         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1963         bool stalled = false;
1964
1965         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1966                 if (stalled)
1967                         return 0;
1968
1969                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1970                 msleep(100);
1971                 stalled = true;
1972
1973                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1974                 if (fatal_signal_pending(current))
1975                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1976         }
1977
1978         lru_add_drain();
1979
1980         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1981
1982         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1983                                      &nr_scanned, sc, lru);
1984
1985         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1986         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1987
1988         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1989         if (global_reclaim(sc))
1990                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1991         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1992         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1993
1994         if (nr_taken == 0)
1995                 return 0;
1996
1997         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1998                                 &stat, false);
1999
2000         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2001
2002         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2003         if (global_reclaim(sc))
2004                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2005         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2006         reclaim_stat->recent_rotated[0] += stat.nr_activate[0];
2007         reclaim_stat->recent_rotated[1] += stat.nr_activate[1];
2008
2009         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2010
2011         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2012
2013         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2014
2015         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2016         free_unref_page_list(&page_list);
2017
2018         /*
2019          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2020          * implies that flushers are not doing their job. This can
2021          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2022          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2023          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2024          * dirty pages grows not through writes but through memory
2025          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2026          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2027          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2028          */
2029         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2030                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2031
2032         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2033         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2034         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2035         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2036         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2037         sc->nr.taken += nr_taken;
2038         if (file)
2039                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2040
2041         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2042                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2043         return nr_reclaimed;
2044 }
2045
2046 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2047                                struct lruvec *lruvec,
2048                                struct scan_control *sc,
2049                                enum lru_list lru)
2050 {
2051         unsigned long nr_taken;
2052         unsigned long nr_scanned;
2053         unsigned long vm_flags;
2054         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2055         LIST_HEAD(l_active);
2056         LIST_HEAD(l_inactive);
2057         struct page *page;
2058         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2059         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2060         unsigned nr_rotated = 0;
2061         int file = is_file_lru(lru);
2062         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2063
2064         lru_add_drain();
2065
2066         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2067
2068         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2069                                      &nr_scanned, sc, lru);
2070
2071         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2072         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
2073
2074         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2075         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2076
2077         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2078
2079         while (!list_empty(&l_hold)) {
2080                 cond_resched();
2081                 page = lru_to_page(&l_hold);
2082                 list_del(&page->lru);
2083
2084                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2085                         putback_lru_page(page);
2086                         continue;
2087                 }
2088
2089                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2090                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2091                                 if (page_has_private(page))
2092                                         try_to_release_page(page, 0);
2093                                 unlock_page(page);
2094                         }
2095                 }
2096
2097                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2098                                     &vm_flags)) {
2099                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
2100                         /*
2101                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2102                          * give them one more trip around the active list. So
2103                          * that executable code get better chances to stay in
2104                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2105                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2106                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2107                          * so we ignore them here.
2108                          */
2109                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
2110                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2111                                 continue;
2112                         }
2113                 }
2114
2115                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2116                 SetPageWorkingset(page);
2117                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2118         }
2119
2120         /*
2121          * Move pages back to the lru list.
2122          */
2123         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2124         /*
2125          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
2126          * even though only some of them are actually re-activated.  This
2127          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
2128          * get_scan_count.
2129          */
2130         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
2131
2132         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2133         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2134         /* Keep all free pages in l_active list */
2135         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2136
2137         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2138         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2139
2140         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2141         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2142
2143         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2144         free_unref_page_list(&l_active);
2145         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2146                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2147 }
2148
2149 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2150 {
2151         int nid = -1;
2152         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2153         LIST_HEAD(node_page_list);
2154         struct reclaim_stat dummy_stat;
2155         struct page *page;
2156         struct scan_control sc = {
2157                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2158                 .priority = DEF_PRIORITY,
2159                 .may_writepage = 1,
2160                 .may_unmap = 1,
2161                 .may_swap = 1,
2162         };
2163
2164         while (!list_empty(page_list)) {
2165                 page = lru_to_page(page_list);
2166                 if (nid == -1) {
2167                         nid = page_to_nid(page);
2168                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2169                 }
2170
2171                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2172                         ClearPageActive(page);
2173                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2174                         continue;
2175                 }
2176
2177                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2178                                                 NODE_DATA(nid),
2179                                                 &sc, 0,
2180                                                 &dummy_stat, false);
2181                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2182                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2183                         list_del(&page->lru);
2184                         putback_lru_page(page);
2185                 }
2186
2187                 nid = -1;
2188         }
2189
2190         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2191                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2192                                                 NODE_DATA(nid),
2193                                                 &sc, 0,
2194                                                 &dummy_stat, false);
2195                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2196                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2197                         list_del(&page->lru);
2198                         putback_lru_page(page);
2199                 }
2200         }
2201
2202         return nr_reclaimed;
2203 }
2204
2205 /*
2206  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2207  * to do too much work.
2208  *
2209  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2210  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2211  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2212  *
2213  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2214  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2215  *
2216  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2217  *
2218  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2219  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2220  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2221  *
2222  * total     target    max
2223  * memory    ratio     inactive
2224  * -------------------------------------
2225  *   10MB       1         5MB
2226  *  100MB       1        50MB
2227  *    1GB       3       250MB
2228  *   10GB      10       0.9GB
2229  *  100GB      31         3GB
2230  *    1TB     101        10GB
2231  *   10TB     320        32GB
2232  */
2233 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file,
2234                                  struct scan_control *sc, bool trace)
2235 {
2236         enum lru_list active_lru = file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE;
2237         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2238         enum lru_list inactive_lru = file * LRU_FILE;
2239         unsigned long inactive, active;
2240         unsigned long inactive_ratio;
2241         unsigned long refaults;
2242         unsigned long gb;
2243
2244         /*
2245          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
2246          * is pointless.
2247          */
2248         if (!file && !total_swap_pages)
2249                 return false;
2250
2251         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, sc->reclaim_idx);
2252         active = lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, sc->reclaim_idx);
2253
2254         /*
2255          * When refaults are being observed, it means a new workingset
2256          * is being established. Disable active list protection to get
2257          * rid of the stale workingset quickly.
2258          */
2259         refaults = lruvec_page_state_local(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2260         if (file && lruvec->refaults != refaults) {
2261                 inactive_ratio = 0;
2262         } else {
2263                 gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2264                 if (gb)
2265                         inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2266                 else
2267                         inactive_ratio = 1;
2268         }
2269
2270         if (trace)
2271                 trace_mm_vmscan_inactive_list_is_low(pgdat->node_id, sc->reclaim_idx,
2272                         lruvec_lru_size(lruvec, inactive_lru, MAX_NR_ZONES), inactive,
2273                         lruvec_lru_size(lruvec, active_lru, MAX_NR_ZONES), active,
2274                         inactive_ratio, file);
2275
2276         return inactive * inactive_ratio < active;
2277 }
2278
2279 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2280                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2281 {
2282         if (is_active_lru(lru)) {
2283                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru), sc, true))
2284                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2285                 return 0;
2286         }
2287
2288         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2289 }
2290
2291 enum scan_balance {
2292         SCAN_EQUAL,
2293         SCAN_FRACT,
2294         SCAN_ANON,
2295         SCAN_FILE,
2296 };
2297
2298 /*
2299  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2300  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2301  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2302  * onto the active list instead of evict.
2303  *
2304  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2305  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2306  */
2307 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
2308                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
2309                            unsigned long *lru_pages)
2310 {
2311         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2312         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2313         u64 fraction[2];
2314         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2315         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2316         unsigned long anon_prio, file_prio;
2317         enum scan_balance scan_balance;
2318         unsigned long anon, file;
2319         unsigned long ap, fp;
2320         enum lru_list lru;
2321
2322         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2323         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2324                 scan_balance = SCAN_FILE;
2325                 goto out;
2326         }
2327
2328         /*
2329          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2330          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2331          * disable swapping for individual groups completely when
2332          * using the memory controller's swap limit feature would be
2333          * too expensive.
2334          */
2335         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2336                 scan_balance = SCAN_FILE;
2337                 goto out;
2338         }
2339
2340         /*
2341          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2342          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2343          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2344          */
2345         if (!sc->priority && swappiness) {
2346                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2347                 goto out;
2348         }
2349
2350         /*
2351          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2352          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2353          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2354          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2355          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2356          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2357          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2358          */
2359         if (global_reclaim(sc)) {
2360                 unsigned long pgdatfile;
2361                 unsigned long pgdatfree;
2362                 int z;
2363                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2364
2365                 pgdatfree = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2366                 pgdatfile = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2367                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2368
2369                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2370                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2371                         if (!managed_zone(zone))
2372                                 continue;
2373
2374                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2375                 }
2376
2377                 if (unlikely(pgdatfile + pgdatfree <= total_high_wmark)) {
2378                         /*
2379                          * Force SCAN_ANON if there are enough inactive
2380                          * anonymous pages on the LRU in eligible zones.
2381                          * Otherwise, the small LRU gets thrashed.
2382                          */
2383                         if (!inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, false) &&
2384                             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, sc->reclaim_idx)
2385                                         >> sc->priority) {
2386                                 scan_balance = SCAN_ANON;
2387                                 goto out;
2388                         }
2389                 }
2390         }
2391
2392         /*
2393          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2394          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2395          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2396          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2397          * Without the second condition we could end up never scanning an
2398          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2399          * system is under heavy pressure.
2400          */
2401         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true, sc, false) &&
2402             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, sc->reclaim_idx) >> sc->priority) {
2403                 scan_balance = SCAN_FILE;
2404                 goto out;
2405         }
2406
2407         scan_balance = SCAN_FRACT;
2408
2409         /*
2410          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2411          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2412          */
2413         anon_prio = swappiness;
2414         file_prio = 200 - anon_prio;
2415
2416         /*
2417          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2418          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2419          * ratios to determine how valuable each cache is.
2420          *
2421          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2422          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2423          * up weighing recent references more than old ones.
2424          *
2425          * anon in [0], file in [1]
2426          */
2427
2428         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES) +
2429                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES);
2430         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES) +
2431                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES);
2432
2433         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2434         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2435                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2436                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2437         }
2438
2439         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2440                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2441                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2442         }
2443
2444         /*
2445          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2446          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2447          * each list that were recently referenced and in active use.
2448          */
2449         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2450         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2451
2452         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2453         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2454         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2455
2456         fraction[0] = ap;
2457         fraction[1] = fp;
2458         denominator = ap + fp + 1;
2459 out:
2460         *lru_pages = 0;
2461         for_each_evictable_lru(lru) {
2462                 int file = is_file_lru(lru);
2463                 unsigned long lruvec_size;
2464                 unsigned long low, min;
2465                 unsigned long scan;
2466
2467                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2468                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2469                                       &min, &low);
2470
2471                 if (min || low) {
2472                         /*
2473                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2474                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2475                          * setting.
2476                          *
2477                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2478                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2479                          * approach the memory protection threshold, to totally
2480                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2481                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2482                          * also means we simply get no protection at all if we
2483                          * set it too low, which is not ideal.
2484                          *
2485                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2486                          * pressure by how much of the total memory used is
2487                          * within protection thresholds.
2488                          *
2489                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2490                          * we skip over all groups that are within their low
2491                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2492                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2493                          * the best-effort low protection. However, we still
2494                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2495                          * that case instead of simply punishing them all
2496                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2497                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2498                          * again by how much of the total memory used is under
2499                          * hard protection.
2500                          */
2501                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2502                         unsigned long protection;
2503
2504                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2505                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2506                                 protection = low;
2507                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2508                         } else {
2509                                 protection = min;
2510                         }
2511
2512                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2513                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2514
2515                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2516                                 (cgroup_size + 1);
2517
2518                         /*
2519                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2520                          * reclaim moving forwards, avoiding decremeting
2521                          * sc->priority further than desirable.
2522                          */
2523                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2524                 } else {
2525                         scan = lruvec_size;
2526                 }
2527
2528                 scan >>= sc->priority;
2529
2530                 /*
2531                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2532                  * scrape out the remaining cache.
2533                  */
2534                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2535                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2536
2537                 switch (scan_balance) {
2538                 case SCAN_EQUAL:
2539                         /* Scan lists relative to size */
2540                         break;
2541                 case SCAN_FRACT:
2542                         /*
2543                          * Scan types proportional to swappiness and
2544                          * their relative recent reclaim efficiency.
2545                          * Make sure we don't miss the last page on
2546                          * the offlined memory cgroups because of a
2547                          * round-off error.
2548                          */
2549                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2550                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2551                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2552                                                   denominator);
2553                         break;
2554                 case SCAN_FILE:
2555                 case SCAN_ANON:
2556                         /* Scan one type exclusively */
2557                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2558                                 lruvec_size = 0;
2559                                 scan = 0;
2560                         }
2561                         break;
2562                 default:
2563                         /* Look ma, no brain */
2564                         BUG();
2565                 }
2566
2567                 *lru_pages += lruvec_size;
2568                 nr[lru] = scan;
2569         }
2570 }
2571
2572 /*
2573  * This is a basic per-node page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2574  */
2575 static void shrink_node_memcg(struct pglist_data *pgdat, struct mem_cgroup *memcg,
2576                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2577 {
2578         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2579         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2580         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2581         unsigned long nr_to_scan;
2582         enum lru_list lru;
2583         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2584         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2585         struct blk_plug plug;
2586         bool scan_adjusted;
2587
2588         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2589
2590         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2591         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2592
2593         /*
2594          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2595          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2596          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2597          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2598          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2599          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2600          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2601          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2602          * dropped to zero at the first pass.
2603          */
2604         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2605                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2606
2607         blk_start_plug(&plug);
2608         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2609                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2610                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2611                 unsigned long nr_scanned;
2612
2613                 for_each_evictable_lru(lru) {
2614                         if (nr[lru]) {
2615                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2616                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2617
2618                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2619                                                             lruvec, sc);
2620                         }
2621                 }
2622
2623                 cond_resched();
2624
2625                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2626                         continue;
2627
2628                 /*
2629                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2630                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2631                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2632                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2633                  * proportional to the original scan target.
2634                  */
2635                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2636                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2637
2638                 /*
2639                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2640                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2641                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2642                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2643                  */
2644                 if (!nr_file || !nr_anon)
2645                         break;
2646
2647                 if (nr_file > nr_anon) {
2648                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2649                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2650                         lru = LRU_BASE;
2651                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2652                 } else {
2653                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2654                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2655                         lru = LRU_FILE;
2656                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2657                 }
2658
2659                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2660                 nr[lru] = 0;
2661                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2662
2663                 /*
2664                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2665                  * scan target and the percentage scanning already complete
2666                  */
2667                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2668                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2669                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2670                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2671
2672                 lru += LRU_ACTIVE;
2673                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2674                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2675                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2676
2677                 scan_adjusted = true;
2678         }
2679         blk_finish_plug(&plug);
2680         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2681
2682         /*
2683          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2684          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2685          */
2686         if (inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
2687                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2688                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2689 }
2690
2691 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2692 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2693 {
2694         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2695                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2696                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2697                 return true;
2698
2699         return false;
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2704  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2705  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2706  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2707  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2708  */
2709 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2710                                         unsigned long nr_reclaimed,
2711                                         struct scan_control *sc)
2712 {
2713         unsigned long pages_for_compaction;
2714         unsigned long inactive_lru_pages;
2715         int z;
2716
2717         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2718         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2719                 return false;
2720
2721         /*
2722          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2723          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2724          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2725          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2726          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2727          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2728          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2729          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2730          */
2731         if (!nr_reclaimed)
2732                 return false;
2733
2734         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2735         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2736                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2737                 if (!managed_zone(zone))
2738                         continue;
2739
2740                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2741                 case COMPACT_SUCCESS:
2742                 case COMPACT_CONTINUE:
2743                         return false;
2744                 default:
2745                         /* check next zone */
2746                         ;
2747                 }
2748         }
2749
2750         /*
2751          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2752          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2753          */
2754         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2755         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2756         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2757                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2758
2759         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2760 }
2761
2762 static bool pgdat_memcg_congested(pg_data_t *pgdat, struct mem_cgroup *memcg)
2763 {
2764         return test_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags) ||
2765                 (memcg && memcg_congested(pgdat, memcg));
2766 }
2767
2768 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2769 {
2770         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2771         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2772         bool reclaimable = false;
2773
2774         do {
2775                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2776                 unsigned long node_lru_pages = 0;
2777                 struct mem_cgroup *memcg;
2778
2779                 memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2780
2781                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2782                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2783
2784                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, NULL);
2785                 do {
2786                         unsigned long lru_pages;
2787                         unsigned long reclaimed;
2788                         unsigned long scanned;
2789
2790                         /*
2791                          * This loop can become CPU-bound when target memcgs
2792                          * aren't eligible for reclaim - either because they
2793                          * don't have any reclaimable pages, or because their
2794                          * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
2795                          */
2796                         cond_resched();
2797
2798                         switch (mem_cgroup_protected(root, memcg)) {
2799                         case MEMCG_PROT_MIN:
2800                                 /*
2801                                  * Hard protection.
2802                                  * If there is no reclaimable memory, OOM.
2803                                  */
2804                                 continue;
2805                         case MEMCG_PROT_LOW:
2806                                 /*
2807                                  * Soft protection.
2808                                  * Respect the protection only as long as
2809                                  * there is an unprotected supply
2810                                  * of reclaimable memory from other cgroups.
2811                                  */
2812                                 if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2813                                         sc->memcg_low_skipped = 1;
2814                                         continue;
2815                                 }
2816                                 memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2817                                 break;
2818                         case MEMCG_PROT_NONE:
2819                                 /*
2820                                  * All protection thresholds breached. We may
2821                                  * still choose to vary the scan pressure
2822                                  * applied based on by how much the cgroup in
2823                                  * question has exceeded its protection
2824                                  * thresholds (see get_scan_count).
2825                                  */
2826                                 break;
2827                         }
2828
2829                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2830                         scanned = sc->nr_scanned;
2831                         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, sc, &lru_pages);
2832                         node_lru_pages += lru_pages;
2833
2834                         shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2835                                         sc->priority);
2836
2837                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2838                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2839                                    sc->nr_scanned - scanned,
2840                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2841
2842                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, NULL)));
2843
2844                 if (reclaim_state) {
2845                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2846                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2847                 }
2848
2849                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2850                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2851                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2852                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2853
2854                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2855                         reclaimable = true;
2856
2857                 if (current_is_kswapd()) {
2858                         /*
2859                          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2860                          * it implies that the long-lived page allocation rate
2861                          * is exceeding the page laundering rate. Either the
2862                          * global limits are not being effective at throttling
2863                          * processes due to the page distribution throughout
2864                          * zones or there is heavy usage of a slow backing
2865                          * device. The only option is to throttle from reclaim
2866                          * context which is not ideal as there is no guarantee
2867                          * the dirtying process is throttled in the same way
2868                          * balance_dirty_pages() manages.
2869                          *
2870                          * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2871                          * count the number of pages under pages flagged for
2872                          * immediate reclaim and stall if any are encountered
2873                          * in the nr_immediate check below.
2874                          */
2875                         if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2876                                 set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2877
2878                         /*
2879                          * Tag a node as congested if all the dirty pages
2880                          * scanned were backed by a congested BDI and
2881                          * wait_iff_congested will stall.
2882                          */
2883                         if (sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2884                                 set_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
2885
2886                         /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2887                         if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2888                                 set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2889
2890                         /*
2891                          * If kswapd scans pages marked marked for immediate
2892                          * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2893                          * implies that pages are cycling through the LRU
2894                          * faster than they are written so also forcibly stall.
2895                          */
2896                         if (sc->nr.immediate)
2897                                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2898                 }
2899
2900                 /*
2901                  * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2902                  * stalling in wait_iff_congested().
2903                  */
2904                 if (!global_reclaim(sc) && sane_reclaim(sc) &&
2905                     sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2906                         set_memcg_congestion(pgdat, root, true);
2907
2908                 /*
2909                  * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2910                  * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2911                  * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2912                  * the LRU too quickly.
2913                  */
2914                 if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
2915                    current_may_throttle() && pgdat_memcg_congested(pgdat, root))
2916                         wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2917
2918         } while (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2919                                          sc));
2920
2921         /*
2922          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2923          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2924          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2925          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2926          */
2927         if (reclaimable)
2928                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2929
2930         return reclaimable;
2931 }
2932
2933 /*
2934  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2935  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2936  * should reclaim first.
2937  */
2938 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2939 {
2940         unsigned long watermark;
2941         enum compact_result suitable;
2942
2943         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2944         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2945                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2946                 return true;
2947         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2948                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2949                 return false;
2950
2951         /*
2952          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2953          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2954          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2955          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2956          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2957          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2958          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2959          */
2960         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2961
2962         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2963 }
2964
2965 /*
2966  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2967  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2968  * request.
2969  *
2970  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2971  * scan then give up on it.
2972  */
2973 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2974 {
2975         struct zoneref *z;
2976         struct zone *zone;
2977         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2978         unsigned long nr_soft_scanned;
2979         gfp_t orig_mask;
2980         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2981
2982         /*
2983          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2984          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2985          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2986          */
2987         orig_mask = sc->gfp_mask;
2988         if (buffer_heads_over_limit) {
2989                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2990                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2991         }
2992
2993         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2994                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2995                 /*
2996                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2997                  * to global LRU.
2998                  */
2999                 if (global_reclaim(sc)) {
3000                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
3001                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3002                                 continue;
3003
3004                         /*
3005                          * If we already have plenty of memory free for
3006                          * compaction in this zone, don't free any more.
3007                          * Even though compaction is invoked for any
3008                          * non-zero order, only frequent costly order
3009                          * reclamation is disruptive enough to become a
3010                          * noticeable problem, like transparent huge
3011                          * page allocations.
3012                          */
3013                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
3014                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3015                             compaction_ready(zone, sc)) {
3016                                 sc->compaction_ready = true;
3017                                 continue;
3018                         }
3019
3020                         /*
3021                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
3022                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
3023                          * node may be shrunk multiple times but in that case
3024                          * the user prefers lower zones being preserved.
3025                          */
3026                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3027                                 continue;
3028
3029                         /*
3030                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
3031                          * and returns the number of reclaimed pages and
3032                          * scanned pages. This works for global memory pressure
3033                          * and balancing, not for a memcg's limit.
3034                          */
3035                         nr_soft_scanned = 0;
3036                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
3037                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
3038                                                 &nr_soft_scanned);
3039                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3040                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
3041                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
3042                 }
3043
3044                 /* See comment about same check for global reclaim above */
3045                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3046                         continue;
3047                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3048                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
3049         }
3050
3051         /*
3052          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
3053          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
3054          */
3055         sc->gfp_mask = orig_mask;
3056 }
3057
3058 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *root_memcg, pg_data_t *pgdat)
3059 {
3060         struct mem_cgroup *memcg;
3061
3062         memcg = mem_cgroup_iter(root_memcg, NULL, NULL);
3063         do {
3064                 unsigned long refaults;
3065                 struct lruvec *lruvec;
3066
3067                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
3068                 refaults = lruvec_page_state_local(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
3069                 lruvec->refaults = refaults;
3070         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root_memcg, memcg, NULL)));
3071 }
3072
3073 /*
3074  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3075  *
3076  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3077  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3078  *
3079  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3080  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3081  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3082  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3083  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3084  * work, and the allocation attempt will fail.
3085  *
3086  * returns:     0, if no pages reclaimed
3087  *              else, the number of pages reclaimed
3088  */
3089 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3090                                           struct scan_control *sc)
3091 {
3092         int initial_priority = sc->priority;
3093         pg_data_t *last_pgdat;
3094         struct zoneref *z;
3095         struct zone *zone;
3096 retry:
3097         delayacct_freepages_start();
3098
3099         if (global_reclaim(sc))
3100                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3101
3102         do {
3103                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3104                                 sc->priority);
3105                 sc->nr_scanned = 0;
3106                 shrink_zones(zonelist, sc);
3107
3108                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3109                         break;
3110
3111                 if (sc->compaction_ready)
3112                         break;
3113
3114                 /*
3115                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3116                  * writepage even in laptop mode.
3117                  */
3118                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3119                         sc->may_writepage = 1;
3120         } while (--sc->priority >= 0);
3121
3122         last_pgdat = NULL;
3123         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3124                                         sc->nodemask) {
3125                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3126                         continue;
3127                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3128                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3129                 set_memcg_congestion(last_pgdat, sc->target_mem_cgroup, false);
3130         }
3131
3132         delayacct_freepages_end();
3133
3134         if (sc->nr_reclaimed)
3135                 return sc->nr_reclaimed;
3136
3137         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3138         if (sc->compaction_ready)
3139                 return 1;
3140
3141         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3142         if (sc->memcg_low_skipped) {
3143                 sc->priority = initial_priority;
3144                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3145                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3146                 goto retry;
3147         }
3148
3149         return 0;
3150 }
3151
3152 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3153 {
3154         struct zone *zone;
3155         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3156         unsigned long free_pages = 0;
3157         int i;
3158         bool wmark_ok;
3159
3160         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3161                 return true;
3162
3163         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3164                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3165                 if (!managed_zone(zone))
3166                         continue;
3167
3168                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3169                         continue;
3170
3171                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3172                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3173         }
3174
3175         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3176         if (!pfmemalloc_reserve)
3177                 return true;
3178
3179         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3180
3181         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3182         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3183                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx) > ZONE_NORMAL)
3184                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, ZONE_NORMAL);
3185
3186                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3187         }
3188
3189         return wmark_ok;
3190 }
3191
3192 /*
3193  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3194  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3195  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3196  * when the low watermark is reached.
3197  *
3198  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3199  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3200  */
3201 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3202                                         nodemask_t *nodemask)
3203 {
3204         struct zoneref *z;
3205         struct zone *zone;
3206         pg_data_t *pgdat = NULL;
3207
3208         /*
3209          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3210          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3211          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3212          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3213          * processes to block on log_wait_commit().
3214          */
3215         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3216                 goto out;
3217
3218         /*
3219          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3220          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3221          */
3222         if (fatal_signal_pending(current))
3223                 goto out;
3224
3225         /*
3226          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3227          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3228          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3229          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3230          *
3231          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3232          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3233          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3234          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3235          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3236          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3237          * should make reasonable progress.
3238          */
3239         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3240                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3241                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3242                         continue;
3243
3244                 /* Throttle based on the first usable node */
3245                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3246                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3247                         goto out;
3248                 break;
3249         }
3250
3251         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3252         if (!pgdat)
3253                 goto out;
3254
3255         /* Account for the throttling */
3256         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3257
3258         /*
3259          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3260          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3261          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3262          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3263          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3264          * second before continuing.
3265          */
3266         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3267                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3268                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3269
3270                 goto check_pending;
3271         }
3272
3273         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3274         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3275                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3276
3277 check_pending:
3278         if (fatal_signal_pending(current))
3279                 return true;
3280
3281 out:
3282         return false;
3283 }
3284
3285 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3286                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3287 {
3288         unsigned long nr_reclaimed;
3289         struct scan_control sc = {
3290                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3291                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3292                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3293                 .order = order,
3294                 .nodemask = nodemask,
3295                 .priority = DEF_PRIORITY,
3296                 .may_writepage = !laptop_mode,
3297                 .may_unmap = 1,
3298                 .may_swap = 1,
3299         };
3300
3301         /*
3302          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3303          * Confirm they are large enough for max values.
3304          */
3305         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3306         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3307         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3308
3309         /*
3310          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3311          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3312          * point.
3313          */
3314         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3315                 return 1;
3316
3317         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3318         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3319
3320         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3321
3322         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3323         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3324
3325         return nr_reclaimed;
3326 }
3327
3328 #ifdef CONFIG_MEMCG
3329
3330 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3331 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3332                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3333                                                 pg_data_t *pgdat,
3334                                                 unsigned long *nr_scanned)
3335 {
3336         struct scan_control sc = {
3337                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3338                 .target_mem_cgroup = memcg,
3339                 .may_writepage = !laptop_mode,
3340                 .may_unmap = 1,
3341                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3342                 .may_swap = !noswap,
3343         };
3344         unsigned long lru_pages;
3345
3346         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3347
3348         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3349                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3350
3351         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3352                                                       sc.gfp_mask);
3353
3354         /*
3355          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3356          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3357          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3358          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3359          * the priority and make it zero.
3360          */
3361         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, &sc, &lru_pages);
3362
3363         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3364
3365         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3366
3367         return sc.nr_reclaimed;
3368 }
3369
3370 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3371                                            unsigned long nr_pages,
3372                                            gfp_t gfp_mask,
3373                                            bool may_swap)
3374 {
3375         struct zonelist *zonelist;
3376         unsigned long nr_reclaimed;
3377         unsigned long pflags;
3378         int nid;
3379         unsigned int noreclaim_flag;
3380         struct scan_control sc = {
3381                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3382                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3383                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3384                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3385                 .target_mem_cgroup = memcg,
3386                 .priority = DEF_PRIORITY,
3387                 .may_writepage = !laptop_mode,
3388                 .may_unmap = 1,
3389                 .may_swap = may_swap,
3390         };
3391
3392         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3393         /*
3394          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
3395          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
3396          * scan does not need to be the current node.
3397          */
3398         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
3399
3400         zonelist = &NODE_DATA(nid)->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
3401
3402         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3403
3404         psi_memstall_enter(&pflags);
3405         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3406
3407         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3408
3409         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3410         psi_memstall_leave(&pflags);
3411
3412         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3413         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3414
3415         return nr_reclaimed;
3416 }
3417 #endif
3418
3419 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3420                                 struct scan_control *sc)
3421 {
3422         struct mem_cgroup *memcg;
3423
3424         if (!total_swap_pages)
3425                 return;
3426
3427         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3428         do {
3429                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
3430
3431                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false, sc, true))
3432                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3433                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3434
3435                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3436         } while (memcg);
3437 }
3438
3439 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int classzone_idx)
3440 {
3441         int i;
3442         struct zone *zone;
3443
3444         /*
3445          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3446          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3447          * should not be checked at the time time as reclaim would
3448          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3449          * zone is balanced.
3450          */
3451         for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3452                 zone = pgdat->node_zones + i;
3453                 if (!managed_zone(zone))
3454                         continue;
3455
3456                 if (zone->watermark_boost)
3457                         return true;
3458         }
3459
3460         return false;
3461 }
3462
3463 /*
3464  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3465  * and classzone_idx
3466  */
3467 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3468 {
3469         int i;
3470         unsigned long mark = -1;
3471         struct zone *zone;
3472
3473         /*
3474          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3475          * meet watermarks.
3476          */
3477         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3478                 zone = pgdat->node_zones + i;
3479
3480                 if (!managed_zone(zone))
3481                         continue;
3482
3483                 mark = high_wmark_pages(zone);
3484                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3485                         return true;
3486         }
3487
3488         /*
3489          * If a node has no populated zone within classzone_idx, it does not
3490          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3491          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3492          */
3493         if (mark == -1)
3494                 return true;
3495
3496         return false;
3497 }
3498
3499 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3500 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3501 {
3502         clear_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
3503         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3504         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3505 }
3506
3507 /*
3508  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3509  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3510  *
3511  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3512  */
3513 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3514 {
3515         /*
3516          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3517          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3518          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3519          * throttled. There is also a potential race if processes get
3520          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3521          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3522          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3523          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3524          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3525          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3526          * that here we are under prepare_to_wait().
3527          */
3528         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3529                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3530
3531         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3532         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3533                 return true;
3534
3535         if (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx)) {
3536                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3537                 return true;
3538         }
3539
3540         return false;
3541 }
3542
3543 /*
3544  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3545  * zone that is currently unbalanced.
3546  *
3547  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3548  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3549  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3550  */
3551 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3552                                struct scan_control *sc)
3553 {
3554         struct zone *zone;
3555         int z;
3556
3557         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3558         sc->nr_to_reclaim = 0;
3559         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3560                 zone = pgdat->node_zones + z;
3561                 if (!managed_zone(zone))
3562                         continue;
3563
3564                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3565         }
3566
3567         /*
3568          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3569          * now pressure is applied based on node LRU order.
3570          */
3571         shrink_node(pgdat, sc);
3572
3573         /*
3574          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3575          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3576          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3577          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3578          * can direct reclaim/compact.
3579          */
3580         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3581                 sc->order = 0;
3582
3583         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3584 }
3585
3586 /*
3587  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3588  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3589  * balanced.
3590  *
3591  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3592  *
3593  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3594  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3595  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3596  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3597  * balanced.
3598  */
3599 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3600 {
3601         int i;
3602         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3603         unsigned long nr_soft_scanned;
3604         unsigned long pflags;
3605         unsigned long nr_boost_reclaim;
3606         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3607         bool boosted;
3608         struct zone *zone;
3609         struct scan_control sc = {
3610                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3611                 .order = order,
3612                 .may_unmap = 1,
3613         };
3614
3615         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3616         psi_memstall_enter(&pflags);
3617         __fs_reclaim_acquire();
3618
3619         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3620
3621         /*
3622          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3623          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3624          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3625          */
3626         nr_boost_reclaim = 0;
3627         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3628                 zone = pgdat->node_zones + i;
3629                 if (!managed_zone(zone))
3630                         continue;
3631
3632                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3633                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3634         }
3635         boosted = nr_boost_reclaim;
3636
3637 restart:
3638         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3639         do {
3640                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3641                 bool raise_priority = true;
3642                 bool balanced;
3643                 bool ret;
3644
3645                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3646
3647                 /*
3648                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3649                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3650                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3651                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3652                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3653                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3654                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3655                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3656                  */
3657                 if (buffer_heads_over_limit) {
3658                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3659                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3660                                 if (!managed_zone(zone))
3661                                         continue;
3662
3663                                 sc.reclaim_idx = i;
3664                                 break;
3665                         }
3666                 }
3667
3668                 /*
3669                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3670                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3671                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3672                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3673                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3674                  */
3675                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, classzone_idx);
3676                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3677                         nr_boost_reclaim = 0;
3678                         goto restart;
3679                 }
3680
3681                 /*
3682                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3683                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3684                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3685                  */
3686                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3687                         goto out;
3688
3689                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3690                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3691                         raise_priority = false;
3692
3693                 /*
3694                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3695                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3696                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3697                  * reclaim will be aborted.
3698                  */
3699                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3700                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3701
3702                 /*
3703                  * Do some background aging of the anon list, to give
3704                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3705                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3706                  * about consistent aging.
3707                  */
3708                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3709
3710                 /*
3711                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3712                  * even in laptop mode.
3713                  */
3714                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3715                         sc.may_writepage = 1;
3716
3717                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3718                 sc.nr_scanned = 0;
3719                 nr_soft_scanned = 0;
3720                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3721                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3722                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3723
3724                 /*
3725                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3726                  * enough pages are already being scanned that that high
3727                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3728                  */
3729                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3730                         raise_priority = false;
3731
3732                 /*
3733                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3734                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3735                  * able to safely make forward progress. Wake them
3736                  */
3737                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3738                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3739                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3740
3741                 /* Check if kswapd should be suspending */
3742                 __fs_reclaim_release();
3743                 ret = try_to_freeze();
3744                 __fs_reclaim_acquire();
3745                 if (ret || kthread_should_stop())
3746                         break;
3747
3748                 /*
3749                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3750                  * progress in reclaiming pages
3751                  */
3752                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3753                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3754
3755                 /*
3756                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3757                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3758                  * extreme circumstances.
3759                  */
3760                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3761                         break;
3762
3763                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3764                         sc.priority--;
3765         } while (sc.priority >= 1);
3766
3767         if (!sc.nr_reclaimed)
3768                 pgdat->kswapd_failures++;
3769
3770 out:
3771         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3772         if (boosted) {
3773                 unsigned long flags;
3774
3775                 for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3776                         if (!zone_boosts[i])
3777                                 continue;
3778
3779                         /* Increments are under the zone lock */
3780                         zone = pgdat->node_zones + i;
3781                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3782                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3783                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3784                 }
3785
3786                 /*
3787                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3788                  * pageblocks.
3789                  */
3790                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, classzone_idx);
3791         }
3792
3793         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3794         __fs_reclaim_release();
3795         psi_memstall_leave(&pflags);
3796         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3797
3798         /*
3799          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3800          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3801          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3802          * remain at the higher level.
3803          */
3804         return sc.order;
3805 }
3806
3807 /*
3808  * The pgdat->kswapd_classzone_idx is used to pass the highest zone index to be
3809  * reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is not
3810  * a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't sleep
3811  * after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that case
3812  * return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3813  */
3814 static enum zone_type kswapd_classzone_idx(pg_data_t *pgdat,
3815                                            enum zone_type prev_classzone_idx)
3816 {
3817         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx);
3818
3819         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_classzone_idx : curr_idx;
3820 }
3821
3822 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3823                                 unsigned int classzone_idx)
3824 {
3825         long remaining = 0;
3826         DEFINE_WAIT(wait);
3827
3828         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3829                 return;
3830
3831         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3832
3833         /*
3834          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3835          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3836          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3837          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3838          * succeed.
3839          */
3840         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3841                 /*
3842                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3843                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3844                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3845                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3846                  */
3847                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3848
3849                 /*
3850                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3851                  * allocation of the requested order possible.
3852                  */
3853                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3854
3855                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3856
3857                 /*
3858                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3859                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3860                  * the previous request that slept prematurely.
3861                  */
3862                 if (remaining) {
3863                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3864                                    kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx));
3865
3866                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3867                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3868                 }
3869
3870                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3871                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3872         }
3873
3874         /*
3875          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3876          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3877          */
3878         if (!remaining &&
3879             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3880                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3881
3882                 /*
3883                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3884                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3885                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3886                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3887                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3888                  * them before going back to sleep.
3889                  */
3890                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3891
3892                 if (!kthread_should_stop())
3893                         schedule();
3894
3895                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3896         } else {
3897                 if (remaining)
3898                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3899                 else
3900                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3901         }
3902         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3903 }
3904
3905 /*
3906  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3907  * from the init process.
3908  *
3909  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3910  * free memory available even if there is no other activity
3911  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3912  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3913  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3914  *
3915  * If there are applications that are active memory-allocators
3916  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3917  */
3918 static int kswapd(void *p)
3919 {
3920         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3921         unsigned int classzone_idx = MAX_NR_ZONES - 1;
3922         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3923         struct task_struct *tsk = current;
3924         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3925
3926         if (!cpumask_empty(cpumask))
3927                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3928
3929         /*
3930          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3931          * and that if we need more memory we should get access to it
3932          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3933          * never get caught in the normal page freeing logic.
3934          *
3935          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3936          * you need a small amount of memory in order to be able to
3937          * page out something else, and this flag essentially protects
3938          * us from recursively trying to free more memory as we're
3939          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3940          */
3941         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3942         set_freezable();
3943
3944         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3945         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, MAX_NR_ZONES);
3946         for ( ; ; ) {
3947                 bool ret;
3948
3949                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3950                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3951
3952 kswapd_try_sleep:
3953                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3954                                         classzone_idx);
3955
3956                 /* Read the new order and classzone_idx */
3957                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3958                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3959                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3960                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, MAX_NR_ZONES);
3961
3962                 ret = try_to_freeze();
3963                 if (kthread_should_stop())
3964                         break;
3965
3966                 /*
3967                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3968                  * after returning from the refrigerator
3969                  */
3970                 if (ret)
3971                         continue;
3972
3973                 /*
3974                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3975                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3976                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3977                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3978                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3979                  * request (alloc_order).
3980                  */
3981                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3982                                                 alloc_order);
3983                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3984                 if (reclaim_order < alloc_order)
3985                         goto kswapd_try_sleep;
3986         }
3987
3988         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3989
3990         return 0;
3991 }
3992
3993 /*
3994  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3995  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3996  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3997  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3998  * needed.
3999  */
4000 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
4001                    enum zone_type classzone_idx)
4002 {
4003         pg_data_t *pgdat;
4004         enum zone_type curr_idx;
4005
4006         if (!managed_zone(zone))
4007                 return;
4008
4009         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
4010                 return;
4011
4012         pgdat = zone->zone_pgdat;
4013         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx);
4014
4015         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < classzone_idx)
4016                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
4017
4018         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
4019                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
4020
4021         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
4022                 return;
4023
4024         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
4025         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
4026             (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx) &&
4027              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, classzone_idx))) {
4028                 /*
4029                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
4030                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
4031                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
4032                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
4033                  * ratelimit its work.
4034                  */
4035                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4036                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
4037                 return;
4038         }
4039
4040         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, classzone_idx, order,
4041                                       gfp_flags);
4042         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4043 }
4044
4045 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4046 /*
4047  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4048  * freed pages.
4049  *
4050  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4051  * LRU order by reclaiming preferentially
4052  * inactive > active > active referenced > active mapped
4053  */
4054 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4055 {
4056         struct scan_control sc = {
4057                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4058                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4059                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4060                 .priority = DEF_PRIORITY,
4061                 .may_writepage = 1,
4062                 .may_unmap = 1,
4063                 .may_swap = 1,
4064                 .hibernation_mode = 1,
4065         };
4066         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4067         unsigned long nr_reclaimed;
4068         unsigned int noreclaim_flag;
4069
4070         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4071         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4072         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4073
4074         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4075
4076         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4077         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4078         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4079
4080         return nr_reclaimed;
4081 }
4082 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4083
4084 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
4085    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
4086    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
4087    restore their cpu bindings. */
4088 static int kswapd_cpu_online(unsigned int cpu)
4089 {
4090         int nid;
4091
4092         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4093                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4094                 const struct cpumask *mask;
4095
4096                 mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4097
4098                 if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
4099                         /* One of our CPUs online: restore mask */
4100                         set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
4101         }
4102         return 0;
4103 }
4104
4105 /*
4106  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4107  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4108  */
4109 int kswapd_run(int nid)
4110 {
4111         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4112         int ret = 0;
4113
4114         if (pgdat->kswapd)
4115                 return 0;
4116
4117         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4118         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4119                 /* failure at boot is fatal */
4120                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4121                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4122                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4123                 pgdat->kswapd = NULL;
4124         }
4125         return ret;
4126 }
4127
4128 /*
4129  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4130  * hold mem_hotplug_begin/end().
4131  */
4132 void kswapd_stop(int nid)
4133 {
4134         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4135
4136         if (kswapd) {
4137                 kthread_stop(kswapd);
4138                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4139         }
4140 }
4141
4142 static int __init kswapd_init(void)
4143 {
4144         int nid, ret;
4145
4146         swap_setup();
4147         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4148                 kswapd_run(nid);
4149         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_AP_ONLINE_DYN,
4150                                         "mm/vmscan:online", kswapd_cpu_online,
4151                                         NULL);
4152         WARN_ON(ret < 0);
4153         return 0;
4154 }
4155
4156 module_init(kswapd_init)
4157
4158 #ifdef CONFIG_NUMA
4159 /*
4160  * Node reclaim mode
4161  *
4162  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4163  * the watermarks.
4164  */
4165 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4166
4167 #define RECLAIM_OFF 0
4168 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
4169 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
4170 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
4171
4172 /*
4173  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4174  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4175  * a zone.
4176  */
4177 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4178
4179 /*
4180  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4181  * occur.
4182  */
4183 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4184
4185 /*
4186  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4187  * slab reclaim needs to occur.
4188  */
4189 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4190
4191 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4192 {
4193         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4194         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4195                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4196
4197         /*
4198          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4199          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4200          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4201          */
4202         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4203 }
4204
4205 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4206 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4207 {
4208         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4209         unsigned long delta = 0;
4210
4211         /*
4212          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4213          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4214          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4215          * a better estimate
4216          */
4217         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4218                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4219         else
4220                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4221
4222         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4223         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4224                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4225
4226         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4227         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4228                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4229
4230         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4231 }
4232
4233 /*
4234  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4235  */
4236 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4237 {
4238         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4239         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4240         struct task_struct *p = current;
4241         unsigned int noreclaim_flag;
4242         struct scan_control sc = {
4243                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4244                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4245                 .order = order,
4246                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4247                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4248                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4249                 .may_swap = 1,
4250                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4251         };
4252
4253         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4254                                            sc.gfp_mask);
4255
4256         cond_resched();
4257         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4258         /*
4259          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4260          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4261          * and RECLAIM_UNMAP.
4262          */
4263         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4264         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4265         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4266
4267         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4268                 /*
4269                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4270                  * priorities until we have enough memory freed.
4271                  */
4272                 do {
4273                         shrink_node(pgdat, &sc);
4274                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4275         }
4276
4277         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4278         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4279         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4280         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4281
4282         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4283
4284         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4285 }
4286
4287 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4288 {
4289         int ret;
4290
4291         /*
4292          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4293          * slab pages if we are over the defined limits.
4294          *
4295          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4296          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4297          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4298          * if less than a specified percentage of the node is used by
4299          * unmapped file backed pages.
4300          */
4301         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4302             node_page_state(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
4303                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4304
4305         /*
4306          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4307          */
4308         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4309                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4310
4311         /*
4312          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4313          * have associated processors. This will favor the local processor
4314          * over remote processors and spread off node memory allocations
4315          * as wide as possible.
4316          */
4317         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4318                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4319
4320         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4321                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4322
4323         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4324         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4325
4326         if (!ret)
4327                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4328
4329         return ret;
4330 }
4331 #endif
4332
4333 /*
4334  * page_evictable - test whether a page is evictable
4335  * @page: the page to test
4336  *
4337  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
4338  * lists vs unevictable list.
4339  *
4340  * Reasons page might not be evictable:
4341  * (1) page's mapping marked unevictable
4342  * (2) page is part of an mlocked VMA
4343  *
4344  */
4345 int page_evictable(struct page *page)
4346 {
4347         int ret;
4348
4349         /* Prevent address_space of inode and swap cache from being freed */
4350         rcu_read_lock();
4351         ret = !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
4352         rcu_read_unlock();
4353         return ret;
4354 }
4355
4356 /**
4357  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4358  * appropriate zone lru list
4359  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4360  *
4361  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4362  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4363  * should be only used for lru pages.
4364  */
4365 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4366 {
4367         struct lruvec *lruvec;
4368         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4369         int pgscanned = 0;
4370         int pgrescued = 0;
4371         int i;
4372
4373         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4374                 struct page *page = pvec->pages[i];
4375                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4376
4377                 pgscanned++;
4378                 if (pagepgdat != pgdat) {
4379                         if (pgdat)
4380                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4381                         pgdat = pagepgdat;
4382                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4383                 }
4384                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4385
4386                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4387                         continue;
4388
4389                 if (page_evictable(page)) {
4390                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4391
4392                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4393                         ClearPageUnevictable(page);
4394                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4395                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4396                         pgrescued++;
4397                 }
4398         }
4399
4400         if (pgdat) {
4401                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4402                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4403                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4404         }
4405 }
4406 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);