GNU Linux-libre 5.10.217-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         /*
83          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
84          */
85         unsigned long   anon_cost;
86         unsigned long   file_cost;
87
88         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
89 #define DEACTIVATE_ANON 1
90 #define DEACTIVATE_FILE 2
91         unsigned int may_deactivate:2;
92         unsigned int force_deactivate:1;
93         unsigned int skipped_deactivate:1;
94
95         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
96         unsigned int may_writepage:1;
97
98         /* Can mapped pages be reclaimed? */
99         unsigned int may_unmap:1;
100
101         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
102         unsigned int may_swap:1;
103
104         /*
105          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
106          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
107          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
108          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
109          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
110          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
111          */
112         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
113         unsigned int memcg_low_skipped:1;
114
115         unsigned int hibernation_mode:1;
116
117         /* One of the zones is ready for compaction */
118         unsigned int compaction_ready:1;
119
120         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
121         unsigned int cache_trim_mode:1;
122
123         /* The file pages on the current node are dangerously low */
124         unsigned int file_is_tiny:1;
125
126         /* Allocation order */
127         s8 order;
128
129         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
130         s8 priority;
131
132         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
133         s8 reclaim_idx;
134
135         /* This context's GFP mask */
136         gfp_t gfp_mask;
137
138         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
139         unsigned long nr_scanned;
140
141         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
142         unsigned long nr_reclaimed;
143
144         struct {
145                 unsigned int dirty;
146                 unsigned int unqueued_dirty;
147                 unsigned int congested;
148                 unsigned int writeback;
149                 unsigned int immediate;
150                 unsigned int file_taken;
151                 unsigned int taken;
152         } nr;
153
154         /* for recording the reclaimed slab by now */
155         struct reclaim_state reclaim_state;
156 };
157
158 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
159 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
160         do {                                                            \
161                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
162                         struct page *prev;                              \
163                                                                         \
164                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
165                         prefetchw(&prev->_field);                       \
166                 }                                                       \
167         } while (0)
168 #else
169 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
170 #endif
171
172 /*
173  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
174  */
175 int vm_swappiness = 60;
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 cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
246 {
247         return sc->target_mem_cgroup;
248 }
249
250 /**
251  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
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 writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
264 {
265         if (!cgroup_reclaim(sc))
266                 return true;
267 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
268         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
269                 return true;
270 #endif
271         return false;
272 }
273 #else
274 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
275 {
276         return 0;
277 }
278
279 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
280 {
281 }
282
283 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
284 {
285         return false;
286 }
287
288 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
289 {
290         return true;
291 }
292 #endif
293
294 /*
295  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
296  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
297  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
298  */
299 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
300 {
301         unsigned long nr;
302
303         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
304                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
305         if (get_nr_swap_pages() > 0)
306                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
307                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
308
309         return nr;
310 }
311
312 /**
313  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
314  * @lruvec: lru vector
315  * @lru: lru to use
316  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
317  */
318 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
319 {
320         unsigned long size = 0;
321         int zid;
322
323         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
324                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
325
326                 if (!managed_zone(zone))
327                         continue;
328
329                 if (!mem_cgroup_disabled())
330                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
331                 else
332                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
333         }
334         return size;
335 }
336
337 /*
338  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
339  */
340 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
341 {
342         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
343
344         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
345                 size *= nr_node_ids;
346
347         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
348         if (!shrinker->nr_deferred)
349                 return -ENOMEM;
350
351         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
352                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
353                         goto free_deferred;
354         }
355
356         return 0;
357
358 free_deferred:
359         kfree(shrinker->nr_deferred);
360         shrinker->nr_deferred = NULL;
361         return -ENOMEM;
362 }
363
364 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
365 {
366         if (!shrinker->nr_deferred)
367                 return;
368
369         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
370                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
371
372         kfree(shrinker->nr_deferred);
373         shrinker->nr_deferred = NULL;
374 }
375
376 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
377 {
378         down_write(&shrinker_rwsem);
379         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
380 #ifdef CONFIG_MEMCG
381         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
382                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
383 #endif
384         up_write(&shrinker_rwsem);
385 }
386
387 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
388 {
389         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
390
391         if (err)
392                 return err;
393         register_shrinker_prepared(shrinker);
394         return 0;
395 }
396 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
397
398 /*
399  * Remove one
400  */
401 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
402 {
403         if (!shrinker->nr_deferred)
404                 return;
405         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
406                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
407         down_write(&shrinker_rwsem);
408         list_del(&shrinker->list);
409         up_write(&shrinker_rwsem);
410         kfree(shrinker->nr_deferred);
411         shrinker->nr_deferred = NULL;
412 }
413 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
414
415 #define SHRINK_BATCH 128
416
417 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
418                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
419 {
420         unsigned long freed = 0;
421         unsigned long long delta;
422         long total_scan;
423         long freeable;
424         long nr;
425         long new_nr;
426         int nid = shrinkctl->nid;
427         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
428                                           : SHRINK_BATCH;
429         long scanned = 0, next_deferred;
430
431         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
432                 nid = 0;
433
434         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
435         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
436                 return freeable;
437
438         /*
439          * copy the current shrinker scan count into a local variable
440          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
441          * don't also do this scanning work.
442          */
443         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
444
445         total_scan = nr;
446         if (shrinker->seeks) {
447                 delta = freeable >> priority;
448                 delta *= 4;
449                 do_div(delta, shrinker->seeks);
450         } else {
451                 /*
452                  * These objects don't require any IO to create. Trim
453                  * them aggressively under memory pressure to keep
454                  * them from causing refetches in the IO caches.
455                  */
456                 delta = freeable / 2;
457         }
458
459         total_scan += delta;
460         if (total_scan < 0) {
461                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
462                        shrinker->scan_objects, total_scan);
463                 total_scan = freeable;
464                 next_deferred = nr;
465         } else
466                 next_deferred = total_scan;
467
468         /*
469          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
470          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
471          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
472          * nr being built up so when a shrink that can do some work
473          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
474          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
475          * memory.
476          *
477          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
478          * a large delta change is calculated directly.
479          */
480         if (delta < freeable / 4)
481                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
482
483         /*
484          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
485          * never try to free more than twice the estimate number of
486          * freeable entries.
487          */
488         if (total_scan > freeable * 2)
489                 total_scan = freeable * 2;
490
491         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
492                                    freeable, delta, total_scan, priority);
493
494         /*
495          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
496          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
497          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
498          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
499          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
500          * objects spread over several slabs with usage less than the
501          * batch_size.
502          *
503          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
504          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
505          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
506          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
507          * possible.
508          */
509         while (total_scan >= batch_size ||
510                total_scan >= freeable) {
511                 unsigned long ret;
512                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
513
514                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
515                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
516                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
517                 if (ret == SHRINK_STOP)
518                         break;
519                 freed += ret;
520
521                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
522                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
523                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
524
525                 cond_resched();
526         }
527
528         if (next_deferred >= scanned)
529                 next_deferred -= scanned;
530         else
531                 next_deferred = 0;
532         /*
533          * move the unused scan count back into the shrinker in a
534          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
535          * scan, there is no need to do an update.
536          */
537         if (next_deferred > 0)
538                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
539                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
540         else
541                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
542
543         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
544         return freed;
545 }
546
547 #ifdef CONFIG_MEMCG
548 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
549                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
550 {
551         struct memcg_shrinker_map *map;
552         unsigned long ret, freed = 0;
553         int i;
554
555         if (!mem_cgroup_online(memcg))
556                 return 0;
557
558         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
559                 return 0;
560
561         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
562                                         true);
563         if (unlikely(!map))
564                 goto unlock;
565
566         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
567                 struct shrink_control sc = {
568                         .gfp_mask = gfp_mask,
569                         .nid = nid,
570                         .memcg = memcg,
571                 };
572                 struct shrinker *shrinker;
573
574                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
575                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
576                         if (!shrinker)
577                                 clear_bit(i, map->map);
578                         continue;
579                 }
580
581                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
582                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
583                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
584                         continue;
585
586                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
587                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
588                         clear_bit(i, map->map);
589                         /*
590                          * After the shrinker reported that it had no objects to
591                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
592                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
593                          * added. To make sure, we have the bit set in this
594                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
595                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
596                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
597                          * memcg_set_shrinker_bit():
598                          *
599                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
600                          *   list_add_tail()    clear_bit()
601                          *   <MB>               <MB>
602                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
603                          */
604                         smp_mb__after_atomic();
605                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
606                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
607                                 ret = 0;
608                         else
609                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
610                 }
611                 freed += ret;
612
613                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
614                         freed = freed ? : 1;
615                         break;
616                 }
617         }
618 unlock:
619         up_read(&shrinker_rwsem);
620         return freed;
621 }
622 #else /* CONFIG_MEMCG */
623 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
624                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
625 {
626         return 0;
627 }
628 #endif /* CONFIG_MEMCG */
629
630 /**
631  * shrink_slab - shrink slab caches
632  * @gfp_mask: allocation context
633  * @nid: node whose slab caches to target
634  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
635  * @priority: the reclaim priority
636  *
637  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
638  *
639  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
640  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
641  *
642  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
643  * are called only if it is the root cgroup.
644  *
645  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
646  * in order to get the scan target.
647  *
648  * Returns the number of reclaimed slab objects.
649  */
650 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
651                                  struct mem_cgroup *memcg,
652                                  int priority)
653 {
654         unsigned long ret, freed = 0;
655         struct shrinker *shrinker;
656
657         /*
658          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
659          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
660          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
661          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
662          * oom.
663          */
664         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
665                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
666
667         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
668                 goto out;
669
670         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
671                 struct shrink_control sc = {
672                         .gfp_mask = gfp_mask,
673                         .nid = nid,
674                         .memcg = memcg,
675                 };
676
677                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
678                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
679                         ret = 0;
680                 freed += ret;
681                 /*
682                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
683                  * prevent the registration from being stalled for long periods
684                  * by parallel ongoing shrinking.
685                  */
686                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
687                         freed = freed ? : 1;
688                         break;
689                 }
690         }
691
692         up_read(&shrinker_rwsem);
693 out:
694         cond_resched();
695         return freed;
696 }
697
698 void drop_slab_node(int nid)
699 {
700         unsigned long freed;
701
702         do {
703                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
704
705                 if (fatal_signal_pending(current))
706                         return;
707
708                 freed = 0;
709                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
710                 do {
711                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
712                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
713         } while (freed > 10);
714 }
715
716 void drop_slab(void)
717 {
718         int nid;
719
720         for_each_online_node(nid)
721                 drop_slab_node(nid);
722 }
723
724 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
725 {
726         /*
727          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
728          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
729          * heads at page->private.
730          */
731         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
732         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
733 }
734
735 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
736 {
737         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
738                 return 1;
739         if (!inode_write_congested(inode))
740                 return 1;
741         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
742                 return 1;
743         return 0;
744 }
745
746 /*
747  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
748  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
749  * fsync(), msync() or close().
750  *
751  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
752  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
753  * that page is locked, the mapping is pinned.
754  *
755  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
756  * __GFP_FS.
757  */
758 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
759                                 struct page *page, int error)
760 {
761         lock_page(page);
762         if (page_mapping(page) == mapping)
763                 mapping_set_error(mapping, error);
764         unlock_page(page);
765 }
766
767 /* possible outcome of pageout() */
768 typedef enum {
769         /* failed to write page out, page is locked */
770         PAGE_KEEP,
771         /* move page to the active list, page is locked */
772         PAGE_ACTIVATE,
773         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
774         PAGE_SUCCESS,
775         /* page is clean and locked */
776         PAGE_CLEAN,
777 } pageout_t;
778
779 /*
780  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
781  * Calls ->writepage().
782  */
783 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
784 {
785         /*
786          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
787          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
788          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
789          * stalls if we need to run get_block().  We could test
790          * PagePrivate for that.
791          *
792          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
793          * this page's queue, we can perform writeback even if that
794          * will block.
795          *
796          * If the page is swapcache, write it back even if that would
797          * block, for some throttling. This happens by accident, because
798          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
799          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
800          */
801         if (!is_page_cache_freeable(page))
802                 return PAGE_KEEP;
803         if (!mapping) {
804                 /*
805                  * Some data journaling orphaned pages can have
806                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
807                  */
808                 if (page_has_private(page)) {
809                         if (try_to_free_buffers(page)) {
810                                 ClearPageDirty(page);
811                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
812                                 return PAGE_CLEAN;
813                         }
814                 }
815                 return PAGE_KEEP;
816         }
817         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
818                 return PAGE_ACTIVATE;
819         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
820                 return PAGE_KEEP;
821
822         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
823                 int res;
824                 struct writeback_control wbc = {
825                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
826                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
827                         .range_start = 0,
828                         .range_end = LLONG_MAX,
829                         .for_reclaim = 1,
830                 };
831
832                 SetPageReclaim(page);
833                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
834                 if (res < 0)
835                         handle_write_error(mapping, page, res);
836                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
837                         ClearPageReclaim(page);
838                         return PAGE_ACTIVATE;
839                 }
840
841                 if (!PageWriteback(page)) {
842                         /* synchronous write or broken a_ops? */
843                         ClearPageReclaim(page);
844                 }
845                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
846                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
847                 return PAGE_SUCCESS;
848         }
849
850         return PAGE_CLEAN;
851 }
852
853 /*
854  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
855  * gets returned with a refcount of 0.
856  */
857 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
858                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
859 {
860         unsigned long flags;
861         int refcount;
862         void *shadow = NULL;
863
864         BUG_ON(!PageLocked(page));
865         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
866
867         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
868         /*
869          * The non racy check for a busy page.
870          *
871          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
872          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
873          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
874          * here, then the following race may occur:
875          *
876          * get_user_pages(&page);
877          * [user mapping goes away]
878          * write_to(page);
879          *                              !PageDirty(page)    [good]
880          * SetPageDirty(page);
881          * put_page(page);
882          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
883          *
884          * [oops, our write_to data is lost]
885          *
886          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
887          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
888          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
889          *
890          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
891          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
892          */
893         refcount = 1 + compound_nr(page);
894         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
895                 goto cannot_free;
896         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
897         if (unlikely(PageDirty(page))) {
898                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
899                 goto cannot_free;
900         }
901
902         if (PageSwapCache(page)) {
903                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
904                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
905                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
906                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
907                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
908                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
909                 put_swap_page(page, swap);
910         } else {
911                 void (*freepage)(struct page *);
912
913                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
914                 /*
915                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
916                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
917                  *
918                  * But don't store shadows in an address space that is
919                  * already exiting.  This is not just an optimization,
920                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
921                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
922                  * back.
923                  *
924                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
925                  * only page cache pages found in these are zero pages
926                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
927                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
928                  * same address_space.
929                  */
930                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
931                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
932                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
933                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
934                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
935
936                 if (freepage != NULL)
937                         freepage(page);
938         }
939
940         return 1;
941
942 cannot_free:
943         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
944         return 0;
945 }
946
947 /*
948  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
949  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
950  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
951  * this page.
952  */
953 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
954 {
955         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
956                 /*
957                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
958                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
959                  * atomic operation.
960                  */
961                 page_ref_unfreeze(page, 1);
962                 return 1;
963         }
964         return 0;
965 }
966
967 /**
968  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
969  * @page: page to be put back to appropriate lru list
970  *
971  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
972  * Page may still be unevictable for other reasons.
973  *
974  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
975  */
976 void putback_lru_page(struct page *page)
977 {
978         lru_cache_add(page);
979         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
980 }
981
982 enum page_references {
983         PAGEREF_RECLAIM,
984         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
985         PAGEREF_KEEP,
986         PAGEREF_ACTIVATE,
987 };
988
989 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
990                                                   struct scan_control *sc)
991 {
992         int referenced_ptes, referenced_page;
993         unsigned long vm_flags;
994
995         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
996                                           &vm_flags);
997         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
998
999         /*
1000          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1001          * move the page to the unevictable list.
1002          */
1003         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1004                 return PAGEREF_RECLAIM;
1005
1006         if (referenced_ptes) {
1007                 /*
1008                  * All mapped pages start out with page table
1009                  * references from the instantiating fault, so we need
1010                  * to look twice if a mapped file page is used more
1011                  * than once.
1012                  *
1013                  * Mark it and spare it for another trip around the
1014                  * inactive list.  Another page table reference will
1015                  * lead to its activation.
1016                  *
1017                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1018                  * so that recently deactivated but used pages are
1019                  * quickly recovered.
1020                  */
1021                 SetPageReferenced(page);
1022
1023                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1024                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1025
1026                 /*
1027                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1028                  */
1029                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1030                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1031
1032                 return PAGEREF_KEEP;
1033         }
1034
1035         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1036         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1037                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1038
1039         return PAGEREF_RECLAIM;
1040 }
1041
1042 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1043 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1044                                        bool *dirty, bool *writeback)
1045 {
1046         struct address_space *mapping;
1047
1048         /*
1049          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1050          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1051          */
1052         if (!page_is_file_lru(page) ||
1053             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1054                 *dirty = false;
1055                 *writeback = false;
1056                 return;
1057         }
1058
1059         /* By default assume that the page flags are accurate */
1060         *dirty = PageDirty(page);
1061         *writeback = PageWriteback(page);
1062
1063         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1064         if (!page_has_private(page))
1065                 return;
1066
1067         mapping = page_mapping(page);
1068         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1069                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1074  */
1075 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1076                                      struct pglist_data *pgdat,
1077                                      struct scan_control *sc,
1078                                      struct reclaim_stat *stat,
1079                                      bool ignore_references)
1080 {
1081         LIST_HEAD(ret_pages);
1082         LIST_HEAD(free_pages);
1083         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1084         unsigned int pgactivate = 0;
1085
1086         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1087         cond_resched();
1088
1089         while (!list_empty(page_list)) {
1090                 struct address_space *mapping;
1091                 struct page *page;
1092                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1093                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1094                 unsigned int nr_pages;
1095
1096                 cond_resched();
1097
1098                 page = lru_to_page(page_list);
1099                 list_del(&page->lru);
1100
1101                 if (!trylock_page(page))
1102                         goto keep;
1103
1104                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1105
1106                 nr_pages = compound_nr(page);
1107
1108                 /* Account the number of base pages even though THP */
1109                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1110
1111                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1112                         goto activate_locked;
1113
1114                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1115                         goto keep_locked;
1116
1117                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1118                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1119
1120                 /*
1121                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1122                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1123                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1124                  * is all dirty unqueued pages.
1125                  */
1126                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1127                 if (dirty || writeback)
1128                         stat->nr_dirty++;
1129
1130                 if (dirty && !writeback)
1131                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1132
1133                 /*
1134                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1135                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1136                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1137                  * end of the LRU a second time.
1138                  */
1139                 mapping = page_mapping(page);
1140                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1141                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1142                     (writeback && PageReclaim(page)))
1143                         stat->nr_congested++;
1144
1145                 /*
1146                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1147                  * are three cases to consider.
1148                  *
1149                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1150                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1151                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1152                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1153                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1154                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1155                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1156                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1157                  *    caller can stall after page list has been processed.
1158                  *
1159                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1160                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1161                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1162                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1163                  *    reclaim and continue scanning.
1164                  *
1165                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1166                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1167                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1168                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1169                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1170                  *    would probably show more reasons.
1171                  *
1172                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1173                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1174                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1175                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1176                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1177                  *
1178                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1179                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1180                  * inactive list and refilling from the active list. The
1181                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1182                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1183                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1184                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1185                  * takes to write them to disk.
1186                  */
1187                 if (PageWriteback(page)) {
1188                         /* Case 1 above */
1189                         if (current_is_kswapd() &&
1190                             PageReclaim(page) &&
1191                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1192                                 stat->nr_immediate++;
1193                                 goto activate_locked;
1194
1195                         /* Case 2 above */
1196                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1197                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1198                                 /*
1199                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1200                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1201                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1202                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1203                                  * enough to care.  What we do want is for this
1204                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1205                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1206                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1207                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1208                                  */
1209                                 SetPageReclaim(page);
1210                                 stat->nr_writeback++;
1211                                 goto activate_locked;
1212
1213                         /* Case 3 above */
1214                         } else {
1215                                 unlock_page(page);
1216                                 wait_on_page_writeback(page);
1217                                 /* then go back and try same page again */
1218                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1219                                 continue;
1220                         }
1221                 }
1222
1223                 if (!ignore_references)
1224                         references = page_check_references(page, sc);
1225
1226                 switch (references) {
1227                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1228                         goto activate_locked;
1229                 case PAGEREF_KEEP:
1230                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1231                         goto keep_locked;
1232                 case PAGEREF_RECLAIM:
1233                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1234                         ; /* try to reclaim the page below */
1235                 }
1236
1237                 /*
1238                  * Anonymous process memory has backing store?
1239                  * Try to allocate it some swap space here.
1240                  * Lazyfree page could be freed directly
1241                  */
1242                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1243                         if (!PageSwapCache(page)) {
1244                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1245                                         goto keep_locked;
1246                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1247                                         goto keep_locked;
1248                                 if (PageTransHuge(page)) {
1249                                         /* cannot split THP, skip it */
1250                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1251                                                 goto activate_locked;
1252                                         /*
1253                                          * Split pages without a PMD map right
1254                                          * away. Chances are some or all of the
1255                                          * tail pages can be freed without IO.
1256                                          */
1257                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1258                                             split_huge_page_to_list(page,
1259                                                                     page_list))
1260                                                 goto activate_locked;
1261                                 }
1262                                 if (!add_to_swap(page)) {
1263                                         if (!PageTransHuge(page))
1264                                                 goto activate_locked_split;
1265                                         /* Fallback to swap normal pages */
1266                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1267                                                                     page_list))
1268                                                 goto activate_locked;
1269 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1270                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1271 #endif
1272                                         if (!add_to_swap(page))
1273                                                 goto activate_locked_split;
1274                                 }
1275
1276                                 may_enter_fs = true;
1277
1278                                 /* Adding to swap updated mapping */
1279                                 mapping = page_mapping(page);
1280                         }
1281                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1282                         /* Split file THP */
1283                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1284                                 goto keep_locked;
1285                 }
1286
1287                 /*
1288                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1289                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1290                  *
1291                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1292                  * reach here.
1293                  */
1294                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1295                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1296                         nr_pages = 1;
1297                 }
1298
1299                 /*
1300                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1301                  * processes. Try to unmap it here.
1302                  */
1303                 if (page_mapped(page)) {
1304                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1305                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1306
1307                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1308                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1309
1310                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1311                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1312                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1313                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1314                                 goto activate_locked;
1315                         }
1316                 }
1317
1318                 if (PageDirty(page)) {
1319                         /*
1320                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1321                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1322                          * injecting inefficient single-page IO into
1323                          * flusher writeback as much as possible: only
1324                          * write pages when we've encountered many
1325                          * dirty pages, and when we've already scanned
1326                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1327                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1328                          */
1329                         if (page_is_file_lru(page) &&
1330                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1331                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1332                                 /*
1333                                  * Immediately reclaim when written back.
1334                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1335                                  * except we already have the page isolated
1336                                  * and know it's dirty
1337                                  */
1338                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1339                                 SetPageReclaim(page);
1340
1341                                 goto activate_locked;
1342                         }
1343
1344                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1345                                 goto keep_locked;
1346                         if (!may_enter_fs)
1347                                 goto keep_locked;
1348                         if (!sc->may_writepage)
1349                                 goto keep_locked;
1350
1351                         /*
1352                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1353                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1354                          * starts and then write it out here.
1355                          */
1356                         try_to_unmap_flush_dirty();
1357                         switch (pageout(page, mapping)) {
1358                         case PAGE_KEEP:
1359                                 goto keep_locked;
1360                         case PAGE_ACTIVATE:
1361                                 goto activate_locked;
1362                         case PAGE_SUCCESS:
1363                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1364
1365                                 if (PageWriteback(page))
1366                                         goto keep;
1367                                 if (PageDirty(page))
1368                                         goto keep;
1369
1370                                 /*
1371                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1372                                  * ahead and try to reclaim the page.
1373                                  */
1374                                 if (!trylock_page(page))
1375                                         goto keep;
1376                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1377                                         goto keep_locked;
1378                                 mapping = page_mapping(page);
1379                         case PAGE_CLEAN:
1380                                 ; /* try to free the page below */
1381                         }
1382                 }
1383
1384                 /*
1385                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1386                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1387                  * the page as well.
1388                  *
1389                  * We do this even if the page is PageDirty().
1390                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1391                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1392                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1393                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1394                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1395                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1396                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1397                  *
1398                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1399                  * the pages which were not successfully invalidated in
1400                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1401                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1402                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1403                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1404                  */
1405                 if (page_has_private(page)) {
1406                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1407                                 goto activate_locked;
1408                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1409                                 unlock_page(page);
1410                                 if (put_page_testzero(page))
1411                                         goto free_it;
1412                                 else {
1413                                         /*
1414                                          * rare race with speculative reference.
1415                                          * the speculative reference will free
1416                                          * this page shortly, so we may
1417                                          * increment nr_reclaimed here (and
1418                                          * leave it off the LRU).
1419                                          */
1420                                         nr_reclaimed++;
1421                                         continue;
1422                                 }
1423                         }
1424                 }
1425
1426                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1427                         /* follow __remove_mapping for reference */
1428                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1429                                 goto keep_locked;
1430                         if (PageDirty(page)) {
1431                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1432                                 goto keep_locked;
1433                         }
1434
1435                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1436                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1437                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1438                                                          sc->target_mem_cgroup))
1439                         goto keep_locked;
1440
1441                 unlock_page(page);
1442 free_it:
1443                 /*
1444                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1445                  * all base pages.
1446                  */
1447                 nr_reclaimed += nr_pages;
1448
1449                 /*
1450                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1451                  * appear not as the counts should be low
1452                  */
1453                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1454                         destroy_compound_page(page);
1455                 else
1456                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1457                 continue;
1458
1459 activate_locked_split:
1460                 /*
1461                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1462                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1463                  */
1464                 if (nr_pages > 1) {
1465                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1466                         nr_pages = 1;
1467                 }
1468 activate_locked:
1469                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1470                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1471                                                 PageMlocked(page)))
1472                         try_to_free_swap(page);
1473                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1474                 if (!PageMlocked(page)) {
1475                         int type = page_is_file_lru(page);
1476                         SetPageActive(page);
1477                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1478                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1479                 }
1480 keep_locked:
1481                 unlock_page(page);
1482 keep:
1483                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1484                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1485         }
1486
1487         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1488
1489         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1490         try_to_unmap_flush();
1491         free_unref_page_list(&free_pages);
1492
1493         list_splice(&ret_pages, page_list);
1494         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1495
1496         return nr_reclaimed;
1497 }
1498
1499 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1500                                             struct list_head *page_list)
1501 {
1502         struct scan_control sc = {
1503                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1504                 .priority = DEF_PRIORITY,
1505                 .may_unmap = 1,
1506         };
1507         struct reclaim_stat stat;
1508         unsigned int nr_reclaimed;
1509         struct page *page, *next;
1510         LIST_HEAD(clean_pages);
1511
1512         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1513                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1514                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1515                         ClearPageActive(page);
1516                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1517                 }
1518         }
1519
1520         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1521                                         &stat, true);
1522         list_splice(&clean_pages, page_list);
1523         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1524                             -(long)nr_reclaimed);
1525         /*
1526          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1527          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1528          * discard so isolated count will be mismatched.
1529          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1530          */
1531         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1532                             stat.nr_lazyfree_fail);
1533         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1534                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
1535         return nr_reclaimed;
1536 }
1537
1538 /*
1539  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1540  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1541  * freed elsewhere are also ignored.
1542  *
1543  * page:        page to consider
1544  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1545  *
1546  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1547  */
1548 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1549 {
1550         int ret = -EINVAL;
1551
1552         /* Only take pages on the LRU. */
1553         if (!PageLRU(page))
1554                 return ret;
1555
1556         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1557         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1558                 return ret;
1559
1560         ret = -EBUSY;
1561
1562         /*
1563          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1564          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1565          * blocking - clean pages for the most part.
1566          *
1567          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1568          * that it is possible to migrate without blocking
1569          */
1570         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1571                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1572                 if (PageWriteback(page))
1573                         return ret;
1574
1575                 if (PageDirty(page)) {
1576                         struct address_space *mapping;
1577                         bool migrate_dirty;
1578
1579                         /*
1580                          * Only pages without mappings or that have a
1581                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1582                          * without blocking. However, we can be racing with
1583                          * truncation so it's necessary to lock the page
1584                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1585                          * the page lock until after the page is removed
1586                          * from the page cache.
1587                          */
1588                         if (!trylock_page(page))
1589                                 return ret;
1590
1591                         mapping = page_mapping(page);
1592                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1593                         unlock_page(page);
1594                         if (!migrate_dirty)
1595                                 return ret;
1596                 }
1597         }
1598
1599         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1600                 return ret;
1601
1602         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1603                 /*
1604                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1605                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1606                  * page release code relies on it.
1607                  */
1608                 ClearPageLRU(page);
1609                 ret = 0;
1610         }
1611
1612         return ret;
1613 }
1614
1615
1616 /*
1617  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1618  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1619  */
1620 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1621                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1622 {
1623         int zid;
1624
1625         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1626                 if (!nr_zone_taken[zid])
1627                         continue;
1628
1629                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1630         }
1631
1632 }
1633
1634 /**
1635  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1636  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1637  * and working on them outside the LRU lock.
1638  *
1639  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1640  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1641  *
1642  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1643  *
1644  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1645  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1646  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1647  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1648  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1649  * @lru:        LRU list id for isolating
1650  *
1651  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1652  */
1653 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1654                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1655                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1656                 enum lru_list lru)
1657 {
1658         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1659         unsigned long nr_taken = 0;
1660         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1661         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1662         unsigned long skipped = 0;
1663         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1664         LIST_HEAD(pages_skipped);
1665         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1666
1667         total_scan = 0;
1668         scan = 0;
1669         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1670                 struct page *page;
1671
1672                 page = lru_to_page(src);
1673                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1674
1675                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1676
1677                 nr_pages = compound_nr(page);
1678                 total_scan += nr_pages;
1679
1680                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1681                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1682                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1683                         continue;
1684                 }
1685
1686                 /*
1687                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1688                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1689                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1690                  * pages, triggering a premature OOM.
1691                  *
1692                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1693                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1694                  * only when the page is being freed somewhere else.
1695                  */
1696                 scan += nr_pages;
1697                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1698                 case 0:
1699                         nr_taken += nr_pages;
1700                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1701                         list_move(&page->lru, dst);
1702                         break;
1703
1704                 case -EBUSY:
1705                         /* else it is being freed elsewhere */
1706                         list_move(&page->lru, src);
1707                         continue;
1708
1709                 default:
1710                         BUG();
1711                 }
1712         }
1713
1714         /*
1715          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1716          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1717          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1718          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1719          * system at risk of premature OOM.
1720          */
1721         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1722                 int zid;
1723
1724                 list_splice(&pages_skipped, src);
1725                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1726                         if (!nr_skipped[zid])
1727                                 continue;
1728
1729                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1730                         skipped += nr_skipped[zid];
1731                 }
1732         }
1733         *nr_scanned = total_scan;
1734         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1735                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1736         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1737         return nr_taken;
1738 }
1739
1740 /**
1741  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1742  * @page: page to isolate from its LRU list
1743  *
1744  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1745  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1746  *
1747  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1748  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1749  *
1750  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1751  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1752  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1753  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1754  *
1755  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1756  * found will be decremented.
1757  *
1758  * Restrictions:
1759  *
1760  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1761  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
1762  *     without a stable reference).
1763  * (2) the lru_lock must not be held.
1764  * (3) interrupts must be enabled.
1765  */
1766 int isolate_lru_page(struct page *page)
1767 {
1768         int ret = -EBUSY;
1769
1770         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1771         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1772
1773         if (PageLRU(page)) {
1774                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1775                 struct lruvec *lruvec;
1776
1777                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1778                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1779                 if (PageLRU(page)) {
1780                         int lru = page_lru(page);
1781                         get_page(page);
1782                         ClearPageLRU(page);
1783                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1784                         ret = 0;
1785                 }
1786                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1787         }
1788         return ret;
1789 }
1790
1791 /*
1792  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1793  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1794  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1795  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1796  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1797  */
1798 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1799                 struct scan_control *sc)
1800 {
1801         unsigned long inactive, isolated;
1802
1803         if (current_is_kswapd())
1804                 return 0;
1805
1806         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1807                 return 0;
1808
1809         if (file) {
1810                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1811                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1812         } else {
1813                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1814                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1815         }
1816
1817         /*
1818          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1819          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1820          * deadlock.
1821          */
1822         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1823                 inactive >>= 3;
1824
1825         return isolated > inactive;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1830  *
1831  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1832  * processes, from rmap.
1833  *
1834  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1835  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1836  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1837  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1838  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1839  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1840  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1841  *
1842  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1843  * But we had to alter page->flags anyway.
1844  *
1845  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1846  */
1847
1848 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1849                                                      struct list_head *list)
1850 {
1851         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1852         int nr_pages, nr_moved = 0;
1853         LIST_HEAD(pages_to_free);
1854         struct page *page;
1855         enum lru_list lru;
1856
1857         while (!list_empty(list)) {
1858                 page = lru_to_page(list);
1859                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1860                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1861                         list_del(&page->lru);
1862                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1863                         putback_lru_page(page);
1864                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1865                         continue;
1866                 }
1867                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1868
1869                 SetPageLRU(page);
1870                 lru = page_lru(page);
1871
1872                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
1873                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1874                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1875
1876                 if (put_page_testzero(page)) {
1877                         __ClearPageLRU(page);
1878                         __ClearPageActive(page);
1879                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1880
1881                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1882                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1883                                 destroy_compound_page(page);
1884                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1885                         } else
1886                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1887                 } else {
1888                         nr_moved += nr_pages;
1889                         if (PageActive(page))
1890                                 workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
1891                 }
1892         }
1893
1894         /*
1895          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1896          */
1897         list_splice(&pages_to_free, list);
1898
1899         return nr_moved;
1900 }
1901
1902 /*
1903  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1904  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
1905  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1906  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1907  */
1908 static int current_may_throttle(void)
1909 {
1910         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
1911                 current->backing_dev_info == NULL ||
1912                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1913 }
1914
1915 /*
1916  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1917  * of reclaimed pages
1918  */
1919 static noinline_for_stack unsigned long
1920 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1921                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1922 {
1923         LIST_HEAD(page_list);
1924         unsigned long nr_scanned;
1925         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1926         unsigned long nr_taken;
1927         struct reclaim_stat stat;
1928         bool file = is_file_lru(lru);
1929         enum vm_event_item item;
1930         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1931         bool stalled = false;
1932
1933         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1934                 if (stalled)
1935                         return 0;
1936
1937                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1938                 msleep(100);
1939                 stalled = true;
1940
1941                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1942                 if (fatal_signal_pending(current))
1943                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1944         }
1945
1946         lru_add_drain();
1947
1948         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1949
1950         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1951                                      &nr_scanned, sc, lru);
1952
1953         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1954         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1955         if (!cgroup_reclaim(sc))
1956                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1957         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1958         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
1959
1960         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1961
1962         if (nr_taken == 0)
1963                 return 0;
1964
1965         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
1966
1967         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1968
1969         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1970
1971         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1972         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
1973         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1974         if (!cgroup_reclaim(sc))
1975                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1976         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1977         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
1978
1979         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1980
1981         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1982         free_unref_page_list(&page_list);
1983
1984         /*
1985          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1986          * implies that flushers are not doing their job. This can
1987          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1988          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1989          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1990          * dirty pages grows not through writes but through memory
1991          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1992          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1993          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1994          */
1995         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1996                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1997
1998         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1999         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2000         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2001         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2002         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2003         sc->nr.taken += nr_taken;
2004         if (file)
2005                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2006
2007         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2008                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2009         return nr_reclaimed;
2010 }
2011
2012 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2013                                struct lruvec *lruvec,
2014                                struct scan_control *sc,
2015                                enum lru_list lru)
2016 {
2017         unsigned long nr_taken;
2018         unsigned long nr_scanned;
2019         unsigned long vm_flags;
2020         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2021         LIST_HEAD(l_active);
2022         LIST_HEAD(l_inactive);
2023         struct page *page;
2024         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2025         unsigned nr_rotated = 0;
2026         int file = is_file_lru(lru);
2027         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2028
2029         lru_add_drain();
2030
2031         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2032
2033         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2034                                      &nr_scanned, sc, lru);
2035
2036         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2037
2038         if (!cgroup_reclaim(sc))
2039                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2040         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2041
2042         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2043
2044         while (!list_empty(&l_hold)) {
2045                 cond_resched();
2046                 page = lru_to_page(&l_hold);
2047                 list_del(&page->lru);
2048
2049                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2050                         putback_lru_page(page);
2051                         continue;
2052                 }
2053
2054                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2055                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2056                                 if (page_has_private(page))
2057                                         try_to_release_page(page, 0);
2058                                 unlock_page(page);
2059                         }
2060                 }
2061
2062                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2063                                     &vm_flags)) {
2064                         /*
2065                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2066                          * give them one more trip around the active list. So
2067                          * that executable code get better chances to stay in
2068                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2069                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2070                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2071                          * so we ignore them here.
2072                          */
2073                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2074                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2075                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2076                                 continue;
2077                         }
2078                 }
2079
2080                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2081                 SetPageWorkingset(page);
2082                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2083         }
2084
2085         /*
2086          * Move pages back to the lru list.
2087          */
2088         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2089
2090         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2091         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2092         /* Keep all free pages in l_active list */
2093         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2094
2095         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2096         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2097
2098         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2099         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2100
2101         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2102         free_unref_page_list(&l_active);
2103         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2104                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2105 }
2106
2107 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2108 {
2109         int nid = NUMA_NO_NODE;
2110         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2111         LIST_HEAD(node_page_list);
2112         struct reclaim_stat dummy_stat;
2113         struct page *page;
2114         struct scan_control sc = {
2115                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2116                 .priority = DEF_PRIORITY,
2117                 .may_writepage = 1,
2118                 .may_unmap = 1,
2119                 .may_swap = 1,
2120         };
2121
2122         while (!list_empty(page_list)) {
2123                 page = lru_to_page(page_list);
2124                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2125                         nid = page_to_nid(page);
2126                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2127                 }
2128
2129                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2130                         ClearPageActive(page);
2131                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2132                         continue;
2133                 }
2134
2135                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2136                                                 NODE_DATA(nid),
2137                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2138                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2139                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2140                         list_del(&page->lru);
2141                         putback_lru_page(page);
2142                 }
2143
2144                 nid = NUMA_NO_NODE;
2145         }
2146
2147         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2148                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2149                                                 NODE_DATA(nid),
2150                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2151                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2152                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2153                         list_del(&page->lru);
2154                         putback_lru_page(page);
2155                 }
2156         }
2157
2158         return nr_reclaimed;
2159 }
2160
2161 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2162                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2163 {
2164         if (is_active_lru(lru)) {
2165                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2166                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2167                 else
2168                         sc->skipped_deactivate = 1;
2169                 return 0;
2170         }
2171
2172         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2173 }
2174
2175 /*
2176  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2177  * to do too much work.
2178  *
2179  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2180  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2181  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2182  *
2183  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2184  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2185  *
2186  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2187  *
2188  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2189  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2190  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2191  *
2192  * total     target    max
2193  * memory    ratio     inactive
2194  * -------------------------------------
2195  *   10MB       1         5MB
2196  *  100MB       1        50MB
2197  *    1GB       3       250MB
2198  *   10GB      10       0.9GB
2199  *  100GB      31         3GB
2200  *    1TB     101        10GB
2201  *   10TB     320        32GB
2202  */
2203 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2204 {
2205         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2206         unsigned long inactive, active;
2207         unsigned long inactive_ratio;
2208         unsigned long gb;
2209
2210         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2211         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2212
2213         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2214         if (gb)
2215                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2216         else
2217                 inactive_ratio = 1;
2218
2219         return inactive * inactive_ratio < active;
2220 }
2221
2222 enum scan_balance {
2223         SCAN_EQUAL,
2224         SCAN_FRACT,
2225         SCAN_ANON,
2226         SCAN_FILE,
2227 };
2228
2229 /*
2230  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2231  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2232  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2233  * onto the active list instead of evict.
2234  *
2235  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2236  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2237  */
2238 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2239                            unsigned long *nr)
2240 {
2241         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2242         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2243         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2244         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2245         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2246         enum scan_balance scan_balance;
2247         unsigned long ap, fp;
2248         enum lru_list lru;
2249
2250         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2251         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2252                 scan_balance = SCAN_FILE;
2253                 goto out;
2254         }
2255
2256         /*
2257          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2258          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2259          * disable swapping for individual groups completely when
2260          * using the memory controller's swap limit feature would be
2261          * too expensive.
2262          */
2263         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2264                 scan_balance = SCAN_FILE;
2265                 goto out;
2266         }
2267
2268         /*
2269          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2270          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2271          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2272          */
2273         if (!sc->priority && swappiness) {
2274                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2275                 goto out;
2276         }
2277
2278         /*
2279          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2280          */
2281         if (sc->file_is_tiny) {
2282                 scan_balance = SCAN_ANON;
2283                 goto out;
2284         }
2285
2286         /*
2287          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2288          * anything from the anonymous working right now.
2289          */
2290         if (sc->cache_trim_mode) {
2291                 scan_balance = SCAN_FILE;
2292                 goto out;
2293         }
2294
2295         scan_balance = SCAN_FRACT;
2296         /*
2297          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2298          *
2299          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2300          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2301          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2302          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2303          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2304          *
2305          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2306          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2307          * applied, before swappiness.
2308          *
2309          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2310          */
2311         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2312         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2313         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2314         total_cost = anon_cost + file_cost;
2315
2316         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2317         ap /= anon_cost + 1;
2318
2319         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2320         fp /= file_cost + 1;
2321
2322         fraction[0] = ap;
2323         fraction[1] = fp;
2324         denominator = ap + fp;
2325 out:
2326         for_each_evictable_lru(lru) {
2327                 int file = is_file_lru(lru);
2328                 unsigned long lruvec_size;
2329                 unsigned long low, min;
2330                 unsigned long scan;
2331
2332                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2333                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2334                                       &min, &low);
2335
2336                 if (min || low) {
2337                         /*
2338                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2339                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2340                          * setting.
2341                          *
2342                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2343                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2344                          * approach the memory protection threshold, to totally
2345                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2346                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2347                          * also means we simply get no protection at all if we
2348                          * set it too low, which is not ideal.
2349                          *
2350                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2351                          * pressure by how much of the total memory used is
2352                          * within protection thresholds.
2353                          *
2354                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2355                          * we skip over all groups that are within their low
2356                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2357                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2358                          * the best-effort low protection. However, we still
2359                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2360                          * that case instead of simply punishing them all
2361                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2362                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2363                          * again by how much of the total memory used is under
2364                          * hard protection.
2365                          */
2366                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2367                         unsigned long protection;
2368
2369                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2370                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2371                                 protection = low;
2372                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2373                         } else {
2374                                 protection = min;
2375                         }
2376
2377                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2378                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2379
2380                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2381                                 (cgroup_size + 1);
2382
2383                         /*
2384                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2385                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2386                          * sc->priority further than desirable.
2387                          */
2388                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2389                 } else {
2390                         scan = lruvec_size;
2391                 }
2392
2393                 scan >>= sc->priority;
2394
2395                 /*
2396                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2397                  * scrape out the remaining cache.
2398                  */
2399                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2400                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2401
2402                 switch (scan_balance) {
2403                 case SCAN_EQUAL:
2404                         /* Scan lists relative to size */
2405                         break;
2406                 case SCAN_FRACT:
2407                         /*
2408                          * Scan types proportional to swappiness and
2409                          * their relative recent reclaim efficiency.
2410                          * Make sure we don't miss the last page on
2411                          * the offlined memory cgroups because of a
2412                          * round-off error.
2413                          */
2414                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2415                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2416                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2417                                                   denominator);
2418                         break;
2419                 case SCAN_FILE:
2420                 case SCAN_ANON:
2421                         /* Scan one type exclusively */
2422                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2423                                 scan = 0;
2424                         break;
2425                 default:
2426                         /* Look ma, no brain */
2427                         BUG();
2428                 }
2429
2430                 nr[lru] = scan;
2431         }
2432 }
2433
2434 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2435 {
2436         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2437         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2438         unsigned long nr_to_scan;
2439         enum lru_list lru;
2440         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2441         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2442         bool proportional_reclaim;
2443         struct blk_plug plug;
2444
2445         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2446
2447         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2448         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2449
2450         /*
2451          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2452          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2453          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2454          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2455          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2456          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2457          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2458          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2459          * dropped to zero at the first pass.
2460          */
2461         proportional_reclaim = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2462                                 sc->priority == DEF_PRIORITY);
2463
2464         blk_start_plug(&plug);
2465         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2466                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2467                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2468                 unsigned long nr_scanned;
2469
2470                 for_each_evictable_lru(lru) {
2471                         if (nr[lru]) {
2472                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2473                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2474
2475                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2476                                                             lruvec, sc);
2477                         }
2478                 }
2479
2480                 cond_resched();
2481
2482                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || proportional_reclaim)
2483                         continue;
2484
2485                 /*
2486                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2487                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2488                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2489                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2490                  * proportional to the original scan target.
2491                  */
2492                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2493                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2494
2495                 /*
2496                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2497                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2498                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2499                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2500                  */
2501                 if (!nr_file || !nr_anon)
2502                         break;
2503
2504                 if (nr_file > nr_anon) {
2505                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2506                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2507                         lru = LRU_BASE;
2508                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2509                 } else {
2510                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2511                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2512                         lru = LRU_FILE;
2513                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2514                 }
2515
2516                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2517                 nr[lru] = 0;
2518                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2519
2520                 /*
2521                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2522                  * scan target and the percentage scanning already complete
2523                  */
2524                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2525                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2526                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2527                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2528
2529                 lru += LRU_ACTIVE;
2530                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2531                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2532                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2533         }
2534         blk_finish_plug(&plug);
2535         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2536
2537         /*
2538          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2539          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2540          */
2541         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2542                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2543                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2544 }
2545
2546 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2547 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2548 {
2549         if (gfp_compaction_allowed(sc->gfp_mask) && sc->order &&
2550                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2551                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2552                 return true;
2553
2554         return false;
2555 }
2556
2557 /*
2558  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2559  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2560  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2561  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2562  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2563  */
2564 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2565                                         unsigned long nr_reclaimed,
2566                                         struct scan_control *sc)
2567 {
2568         unsigned long pages_for_compaction;
2569         unsigned long inactive_lru_pages;
2570         int z;
2571
2572         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2573         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2574                 return false;
2575
2576         /*
2577          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2578          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2579          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2580          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2581          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2582          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2583          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2584          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2585          */
2586         if (!nr_reclaimed)
2587                 return false;
2588
2589         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2590         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2591                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2592                 if (!managed_zone(zone))
2593                         continue;
2594
2595                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2596                 case COMPACT_SUCCESS:
2597                 case COMPACT_CONTINUE:
2598                         return false;
2599                 default:
2600                         /* check next zone */
2601                         ;
2602                 }
2603         }
2604
2605         /*
2606          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2607          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2608          */
2609         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2610         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2611         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2612                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2613
2614         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2615 }
2616
2617 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2618 {
2619         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2620         struct mem_cgroup *memcg;
2621
2622         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2623         do {
2624                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2625                 unsigned long reclaimed;
2626                 unsigned long scanned;
2627
2628                 /*
2629                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
2630                  * aren't eligible for reclaim - either because they
2631                  * don't have any reclaimable pages, or because their
2632                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
2633                  */
2634                 cond_resched();
2635
2636                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
2637
2638                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
2639                         /*
2640                          * Hard protection.
2641                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2642                          */
2643                         continue;
2644                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
2645                         /*
2646                          * Soft protection.
2647                          * Respect the protection only as long as
2648                          * there is an unprotected supply
2649                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2650                          */
2651                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2652                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2653                                 continue;
2654                         }
2655                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2656                 }
2657
2658                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2659                 scanned = sc->nr_scanned;
2660
2661                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2662
2663                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2664                             sc->priority);
2665
2666                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2667                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2668                            sc->nr_scanned - scanned,
2669                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2670
2671         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2672 }
2673
2674 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2675 {
2676         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2677         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2678         struct lruvec *target_lruvec;
2679         bool reclaimable = false;
2680         unsigned long file;
2681
2682         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2683
2684 again:
2685         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2686
2687         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2688         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2689
2690         /*
2691          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2692          */
2693         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2694         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2695         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2696         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2697
2698         /*
2699          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2700          * and file LRU lists.
2701          */
2702         if (!sc->force_deactivate) {
2703                 unsigned long refaults;
2704
2705                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2706                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2707                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
2708                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2709                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2710                 else
2711                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2712
2713                 /*
2714                  * When refaults are being observed, it means a new
2715                  * workingset is being established. Deactivate to get
2716                  * rid of any stale active pages quickly.
2717                  */
2718                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2719                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2720                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
2721                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2722                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2723                 else
2724                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2725         } else
2726                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2727
2728         /*
2729          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2730          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2731          * anonymous pages.
2732          */
2733         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2734         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2735                 sc->cache_trim_mode = 1;
2736         else
2737                 sc->cache_trim_mode = 0;
2738
2739         /*
2740          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2741          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2742          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2743          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2744          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2745          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2746          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2747          */
2748         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2749                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2750                 unsigned long free, anon;
2751                 int z;
2752
2753                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2754                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2755                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2756
2757                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2758                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2759                         if (!managed_zone(zone))
2760                                 continue;
2761
2762                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2763                 }
2764
2765                 /*
2766                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2767                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2768                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2769                  */
2770                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2771
2772                 sc->file_is_tiny =
2773                         file + free <= total_high_wmark &&
2774                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2775                         anon >> sc->priority;
2776         }
2777
2778         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2779
2780         if (reclaim_state) {
2781                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2782                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2783         }
2784
2785         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2786         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2787                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2788                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2789
2790         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2791                 reclaimable = true;
2792
2793         if (current_is_kswapd()) {
2794                 /*
2795                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2796                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2797                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2798                  * global limits are not being effective at throttling
2799                  * processes due to the page distribution throughout
2800                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2801                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2802                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2803                  * the dirtying process is throttled in the same way
2804                  * balance_dirty_pages() manages.
2805                  *
2806                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2807                  * count the number of pages under pages flagged for
2808                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2809                  * in the nr_immediate check below.
2810                  */
2811                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2812                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2813
2814                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2815                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2816                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2817
2818                 /*
2819                  * If kswapd scans pages marked for immediate
2820                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2821                  * implies that pages are cycling through the LRU
2822                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2823                  */
2824                 if (sc->nr.immediate)
2825                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2826         }
2827
2828         /*
2829          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2830          * scanned were backed by a congested BDI and
2831          * wait_iff_congested will stall.
2832          *
2833          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2834          * stalling in wait_iff_congested().
2835          */
2836         if ((current_is_kswapd() ||
2837              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2838             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2839                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2840
2841         /*
2842          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2843          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2844          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2845          * the LRU too quickly.
2846          */
2847         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2848             !sc->hibernation_mode &&
2849             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2850                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2851
2852         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2853                                     sc))
2854                 goto again;
2855
2856         /*
2857          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2858          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2859          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2860          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2861          */
2862         if (reclaimable)
2863                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2864 }
2865
2866 /*
2867  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2868  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2869  * should reclaim first.
2870  */
2871 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2872 {
2873         unsigned long watermark;
2874         enum compact_result suitable;
2875
2876         if (!gfp_compaction_allowed(sc->gfp_mask))
2877                 return false;
2878
2879         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2880         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2881                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2882                 return true;
2883         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2884                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2885                 return false;
2886
2887         /*
2888          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2889          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2890          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2891          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2892          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2893          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2894          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2895          */
2896         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2897
2898         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2903  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2904  * request.
2905  *
2906  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2907  * scan then give up on it.
2908  */
2909 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2910 {
2911         struct zoneref *z;
2912         struct zone *zone;
2913         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2914         unsigned long nr_soft_scanned;
2915         gfp_t orig_mask;
2916         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2917
2918         /*
2919          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2920          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2921          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2922          */
2923         orig_mask = sc->gfp_mask;
2924         if (buffer_heads_over_limit) {
2925                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2926                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2927         }
2928
2929         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2930                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2931                 /*
2932                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2933                  * to global LRU.
2934                  */
2935                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2936                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2937                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2938                                 continue;
2939
2940                         /*
2941                          * If we already have plenty of memory free for
2942                          * compaction in this zone, don't free any more.
2943                          * Even though compaction is invoked for any
2944                          * non-zero order, only frequent costly order
2945                          * reclamation is disruptive enough to become a
2946                          * noticeable problem, like transparent huge
2947                          * page allocations.
2948                          */
2949                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2950                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2951                             compaction_ready(zone, sc)) {
2952                                 sc->compaction_ready = true;
2953                                 continue;
2954                         }
2955
2956                         /*
2957                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2958                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2959                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2960                          * the user prefers lower zones being preserved.
2961                          */
2962                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2963                                 continue;
2964
2965                         /*
2966                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2967                          * and returns the number of reclaimed pages and
2968                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2969                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2970                          */
2971                         nr_soft_scanned = 0;
2972                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2973                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2974                                                 &nr_soft_scanned);
2975                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2976                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2977                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2978                 }
2979
2980                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2981                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2982                         continue;
2983                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2984                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2985         }
2986
2987         /*
2988          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2989          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2990          */
2991         sc->gfp_mask = orig_mask;
2992 }
2993
2994 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2995 {
2996         struct lruvec *target_lruvec;
2997         unsigned long refaults;
2998
2999         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
3000         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3001         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3002         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3003         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3004 }
3005
3006 /*
3007  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3008  *
3009  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3010  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3011  *
3012  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3013  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3014  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3015  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3016  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3017  * work, and the allocation attempt will fail.
3018  *
3019  * returns:     0, if no pages reclaimed
3020  *              else, the number of pages reclaimed
3021  */
3022 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3023                                           struct scan_control *sc)
3024 {
3025         int initial_priority = sc->priority;
3026         pg_data_t *last_pgdat;
3027         struct zoneref *z;
3028         struct zone *zone;
3029 retry:
3030         delayacct_freepages_start();
3031
3032         if (!cgroup_reclaim(sc))
3033                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3034
3035         do {
3036                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3037                                 sc->priority);
3038                 sc->nr_scanned = 0;
3039                 shrink_zones(zonelist, sc);
3040
3041                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3042                         break;
3043
3044                 if (sc->compaction_ready)
3045                         break;
3046
3047                 /*
3048                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3049                  * writepage even in laptop mode.
3050                  */
3051                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3052                         sc->may_writepage = 1;
3053         } while (--sc->priority >= 0);
3054
3055         last_pgdat = NULL;
3056         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3057                                         sc->nodemask) {
3058                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3059                         continue;
3060                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3061
3062                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3063
3064                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3065                         struct lruvec *lruvec;
3066
3067                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3068                                                    zone->zone_pgdat);
3069                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3070                 }
3071         }
3072
3073         delayacct_freepages_end();
3074
3075         if (sc->nr_reclaimed)
3076                 return sc->nr_reclaimed;
3077
3078         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3079         if (sc->compaction_ready)
3080                 return 1;
3081
3082         /*
3083          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3084          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3085          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3086          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3087          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3088          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3089          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3090          */
3091         if (sc->skipped_deactivate) {
3092                 sc->priority = initial_priority;
3093                 sc->force_deactivate = 1;
3094                 sc->skipped_deactivate = 0;
3095                 goto retry;
3096         }
3097
3098         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3099         if (sc->memcg_low_skipped) {
3100                 sc->priority = initial_priority;
3101                 sc->force_deactivate = 0;
3102                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3103                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3104                 goto retry;
3105         }
3106
3107         return 0;
3108 }
3109
3110 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3111 {
3112         struct zone *zone;
3113         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3114         unsigned long free_pages = 0;
3115         int i;
3116         bool wmark_ok;
3117
3118         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3119                 return true;
3120
3121         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3122                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3123                 if (!managed_zone(zone))
3124                         continue;
3125
3126                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3127                         continue;
3128
3129                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3130                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3131         }
3132
3133         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3134         if (!pfmemalloc_reserve)
3135                 return true;
3136
3137         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3138
3139         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3140         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3141                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3142                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3143
3144                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3145         }
3146
3147         return wmark_ok;
3148 }
3149
3150 /*
3151  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3152  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3153  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3154  * when the low watermark is reached.
3155  *
3156  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3157  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3158  */
3159 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3160                                         nodemask_t *nodemask)
3161 {
3162         struct zoneref *z;
3163         struct zone *zone;
3164         pg_data_t *pgdat = NULL;
3165
3166         /*
3167          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3168          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3169          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3170          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3171          * processes to block on log_wait_commit().
3172          */
3173         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3174                 goto out;
3175
3176         /*
3177          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3178          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3179          */
3180         if (fatal_signal_pending(current))
3181                 goto out;
3182
3183         /*
3184          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3185          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3186          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3187          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3188          *
3189          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3190          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3191          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3192          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3193          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3194          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3195          * should make reasonable progress.
3196          */
3197         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3198                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3199                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3200                         continue;
3201
3202                 /* Throttle based on the first usable node */
3203                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3204                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3205                         goto out;
3206                 break;
3207         }
3208
3209         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3210         if (!pgdat)
3211                 goto out;
3212
3213         /* Account for the throttling */
3214         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3215
3216         /*
3217          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3218          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3219          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3220          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3221          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3222          * second before continuing.
3223          */
3224         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3225                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3226                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3227
3228                 goto check_pending;
3229         }
3230
3231         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3232         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3233                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3234
3235 check_pending:
3236         if (fatal_signal_pending(current))
3237                 return true;
3238
3239 out:
3240         return false;
3241 }
3242
3243 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3244                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3245 {
3246         unsigned long nr_reclaimed;
3247         struct scan_control sc = {
3248                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3249                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3250                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3251                 .order = order,
3252                 .nodemask = nodemask,
3253                 .priority = DEF_PRIORITY,
3254                 .may_writepage = !laptop_mode,
3255                 .may_unmap = 1,
3256                 .may_swap = 1,
3257         };
3258
3259         /*
3260          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3261          * Confirm they are large enough for max values.
3262          */
3263         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3264         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3265         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3266
3267         /*
3268          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3269          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3270          * point.
3271          */
3272         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3273                 return 1;
3274
3275         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3276         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3277
3278         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3279
3280         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3281         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3282
3283         return nr_reclaimed;
3284 }
3285
3286 #ifdef CONFIG_MEMCG
3287
3288 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3289 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3290                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3291                                                 pg_data_t *pgdat,
3292                                                 unsigned long *nr_scanned)
3293 {
3294         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3295         struct scan_control sc = {
3296                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3297                 .target_mem_cgroup = memcg,
3298                 .may_writepage = !laptop_mode,
3299                 .may_unmap = 1,
3300                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3301                 .may_swap = !noswap,
3302         };
3303
3304         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3305
3306         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3307                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3308
3309         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3310                                                       sc.gfp_mask);
3311
3312         /*
3313          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3314          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3315          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3316          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3317          * the priority and make it zero.
3318          */
3319         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3320
3321         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3322
3323         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3324
3325         return sc.nr_reclaimed;
3326 }
3327
3328 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3329                                            unsigned long nr_pages,
3330                                            gfp_t gfp_mask,
3331                                            bool may_swap)
3332 {
3333         unsigned long nr_reclaimed;
3334         unsigned int noreclaim_flag;
3335         struct scan_control sc = {
3336                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3337                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3338                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3339                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3340                 .target_mem_cgroup = memcg,
3341                 .priority = DEF_PRIORITY,
3342                 .may_writepage = !laptop_mode,
3343                 .may_unmap = 1,
3344                 .may_swap = may_swap,
3345         };
3346         /*
3347          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3348          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3349          * the reclaim does not bail out early.
3350          */
3351         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3352
3353         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3354         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3355         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3356
3357         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3358
3359         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3360         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3361         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3362
3363         return nr_reclaimed;
3364 }
3365 #endif
3366
3367 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3368                                 struct scan_control *sc)
3369 {
3370         struct mem_cgroup *memcg;
3371         struct lruvec *lruvec;
3372
3373         if (!total_swap_pages)
3374                 return;
3375
3376         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3377         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3378                 return;
3379
3380         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3381         do {
3382                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3383                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3384                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3385                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3386         } while (memcg);
3387 }
3388
3389 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3390 {
3391         int i;
3392         struct zone *zone;
3393
3394         /*
3395          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3396          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3397          * should not be checked at the same time as reclaim would
3398          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3399          * zone is balanced.
3400          */
3401         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3402                 zone = pgdat->node_zones + i;
3403                 if (!managed_zone(zone))
3404                         continue;
3405
3406                 if (zone->watermark_boost)
3407                         return true;
3408         }
3409
3410         return false;
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3415  * and highest_zoneidx
3416  */
3417 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3418 {
3419         int i;
3420         unsigned long mark = -1;
3421         struct zone *zone;
3422
3423         /*
3424          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3425          * meet watermarks.
3426          */
3427         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3428                 zone = pgdat->node_zones + i;
3429
3430                 if (!managed_zone(zone))
3431                         continue;
3432
3433                 mark = high_wmark_pages(zone);
3434                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3435                         return true;
3436         }
3437
3438         /*
3439          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3440          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3441          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3442          */
3443         if (mark == -1)
3444                 return true;
3445
3446         return false;
3447 }
3448
3449 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3450 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3451 {
3452         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3453
3454         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3455         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3456         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3457 }
3458
3459 /*
3460  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3461  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3462  *
3463  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3464  */
3465 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3466                                 int highest_zoneidx)
3467 {
3468         /*
3469          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3470          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3471          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3472          * throttled. There is also a potential race if processes get
3473          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3474          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3475          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3476          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3477          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3478          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3479          * that here we are under prepare_to_wait().
3480          */
3481         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3482                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3483
3484         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3485         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3486                 return true;
3487
3488         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3489                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3490                 return true;
3491         }
3492
3493         return false;
3494 }
3495
3496 /*
3497  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3498  * zone that is currently unbalanced.
3499  *
3500  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3501  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3502  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3503  */
3504 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3505                                struct scan_control *sc)
3506 {
3507         struct zone *zone;
3508         int z;
3509
3510         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3511         sc->nr_to_reclaim = 0;
3512         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3513                 zone = pgdat->node_zones + z;
3514                 if (!managed_zone(zone))
3515                         continue;
3516
3517                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3518         }
3519
3520         /*
3521          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3522          * now pressure is applied based on node LRU order.
3523          */
3524         shrink_node(pgdat, sc);
3525
3526         /*
3527          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3528          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3529          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3530          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3531          * can direct reclaim/compact.
3532          */
3533         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3534                 sc->order = 0;
3535
3536         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3537 }
3538
3539 /*
3540  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3541  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3542  * balanced.
3543  *
3544  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3545  *
3546  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3547  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3548  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3549  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3550  * balanced.
3551  */
3552 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3553 {
3554         int i;
3555         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3556         unsigned long nr_soft_scanned;
3557         unsigned long pflags;
3558         unsigned long nr_boost_reclaim;
3559         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3560         bool boosted;
3561         struct zone *zone;
3562         struct scan_control sc = {
3563                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3564                 .order = order,
3565                 .may_unmap = 1,
3566         };
3567
3568         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3569         psi_memstall_enter(&pflags);
3570         __fs_reclaim_acquire();
3571
3572         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3573
3574         /*
3575          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3576          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3577          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3578          */
3579         nr_boost_reclaim = 0;
3580         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3581                 zone = pgdat->node_zones + i;
3582                 if (!managed_zone(zone))
3583                         continue;
3584
3585                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3586                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3587         }
3588         boosted = nr_boost_reclaim;
3589
3590 restart:
3591         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3592         do {
3593                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3594                 bool raise_priority = true;
3595                 bool balanced;
3596                 bool ret;
3597
3598                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
3599
3600                 /*
3601                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3602                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3603                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3604                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3605                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3606                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3607                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3608                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3609                  */
3610                 if (buffer_heads_over_limit) {
3611                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3612                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3613                                 if (!managed_zone(zone))
3614                                         continue;
3615
3616                                 sc.reclaim_idx = i;
3617                                 break;
3618                         }
3619                 }
3620
3621                 /*
3622                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3623                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3624                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3625                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3626                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3627                  */
3628                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
3629                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3630                         nr_boost_reclaim = 0;
3631                         goto restart;
3632                 }
3633
3634                 /*
3635                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3636                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3637                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3638                  */
3639                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3640                         goto out;
3641
3642                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3643                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3644                         raise_priority = false;
3645
3646                 /*
3647                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3648                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3649                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3650                  * reclaim will be aborted.
3651                  */
3652                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3653                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3654
3655                 /*
3656                  * Do some background aging of the anon list, to give
3657                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3658                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3659                  * about consistent aging.
3660                  */
3661                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3662
3663                 /*
3664                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3665                  * even in laptop mode.
3666                  */
3667                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3668                         sc.may_writepage = 1;
3669
3670                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3671                 sc.nr_scanned = 0;
3672                 nr_soft_scanned = 0;
3673                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3674                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3675                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3676
3677                 /*
3678                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3679                  * enough pages are already being scanned that that high
3680                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3681                  */
3682                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3683                         raise_priority = false;
3684
3685                 /*
3686                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3687                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3688                  * able to safely make forward progress. Wake them
3689                  */
3690                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3691                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3692                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3693
3694                 /* Check if kswapd should be suspending */
3695                 __fs_reclaim_release();
3696                 ret = try_to_freeze();
3697                 __fs_reclaim_acquire();
3698                 if (ret || kthread_should_stop())
3699                         break;
3700
3701                 /*
3702                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3703                  * progress in reclaiming pages
3704                  */
3705                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3706                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3707
3708                 /*
3709                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3710                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3711                  * extreme circumstances.
3712                  */
3713                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3714                         break;
3715
3716                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3717                         sc.priority--;
3718         } while (sc.priority >= 1);
3719
3720         if (!sc.nr_reclaimed)
3721                 pgdat->kswapd_failures++;
3722
3723 out:
3724         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3725         if (boosted) {
3726                 unsigned long flags;
3727
3728                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3729                         if (!zone_boosts[i])
3730                                 continue;
3731
3732                         /* Increments are under the zone lock */
3733                         zone = pgdat->node_zones + i;
3734                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3735                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3736                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3737                 }
3738
3739                 /*
3740                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3741                  * pageblocks.
3742                  */
3743                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
3744         }
3745
3746         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3747         __fs_reclaim_release();
3748         psi_memstall_leave(&pflags);
3749         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3750
3751         /*
3752          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3753          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3754          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3755          * remain at the higher level.
3756          */
3757         return sc.order;
3758 }
3759
3760 /*
3761  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
3762  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
3763  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
3764  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
3765  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3766  */
3767 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
3768                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
3769 {
3770         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3771
3772         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
3773 }
3774
3775 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3776                                 unsigned int highest_zoneidx)
3777 {
3778         long remaining = 0;
3779         DEFINE_WAIT(wait);
3780
3781         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3782                 return;
3783
3784         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3785
3786         /*
3787          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3788          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3789          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3790          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3791          * succeed.
3792          */
3793         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3794                 /*
3795                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3796                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3797                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3798                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3799                  */
3800                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3801
3802                 /*
3803                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3804                  * allocation of the requested order possible.
3805                  */
3806                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
3807
3808                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3809
3810                 /*
3811                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
3812                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3813                  * the previous request that slept prematurely.
3814                  */
3815                 if (remaining) {
3816                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
3817                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3818                                                         highest_zoneidx));
3819
3820                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3821                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3822                 }
3823
3824                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3825                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3826         }
3827
3828         /*
3829          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3830          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3831          */
3832         if (!remaining &&
3833             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3834                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3835
3836                 /*
3837                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3838                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3839                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3840                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3841                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3842                  * them before going back to sleep.
3843                  */
3844                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3845
3846                 if (!kthread_should_stop())
3847                         schedule();
3848
3849                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3850         } else {
3851                 if (remaining)
3852                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3853                 else
3854                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3855         }
3856         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3857 }
3858
3859 /*
3860  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3861  * from the init process.
3862  *
3863  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3864  * free memory available even if there is no other activity
3865  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3866  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3867  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3868  *
3869  * If there are applications that are active memory-allocators
3870  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3871  */
3872 static int kswapd(void *p)
3873 {
3874         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3875         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
3876         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3877         struct task_struct *tsk = current;
3878         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3879
3880         if (!cpumask_empty(cpumask))
3881                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3882
3883         /*
3884          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3885          * and that if we need more memory we should get access to it
3886          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3887          * never get caught in the normal page freeing logic.
3888          *
3889          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3890          * you need a small amount of memory in order to be able to
3891          * page out something else, and this flag essentially protects
3892          * us from recursively trying to free more memory as we're
3893          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3894          */
3895         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3896         set_freezable();
3897
3898         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3899         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3900         for ( ; ; ) {
3901                 bool ret;
3902
3903                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3904                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3905                                                         highest_zoneidx);
3906
3907 kswapd_try_sleep:
3908                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3909                                         highest_zoneidx);
3910
3911                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
3912                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3913                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3914                                                         highest_zoneidx);
3915                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3916                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3917
3918                 ret = try_to_freeze();
3919                 if (kthread_should_stop())
3920                         break;
3921
3922                 /*
3923                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3924                  * after returning from the refrigerator
3925                  */
3926                 if (ret)
3927                         continue;
3928
3929                 /*
3930                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3931                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3932                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3933                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3934                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3935                  * request (alloc_order).
3936                  */
3937                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
3938                                                 alloc_order);
3939                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
3940                                                 highest_zoneidx);
3941                 if (reclaim_order < alloc_order)
3942                         goto kswapd_try_sleep;
3943         }
3944
3945         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3946
3947         return 0;
3948 }
3949
3950 /*
3951  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3952  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3953  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3954  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3955  * needed.
3956  */
3957 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3958                    enum zone_type highest_zoneidx)
3959 {
3960         pg_data_t *pgdat;
3961         enum zone_type curr_idx;
3962
3963         if (!managed_zone(zone))
3964                 return;
3965
3966         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3967                 return;
3968
3969         pgdat = zone->zone_pgdat;
3970         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3971
3972         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
3973                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
3974
3975         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3976                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3977
3978         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3979                 return;
3980
3981         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3982         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3983             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
3984              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
3985                 /*
3986                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3987                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3988                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3989                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3990                  * ratelimit its work.
3991                  */
3992                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3993                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
3994                 return;
3995         }
3996
3997         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
3998                                       gfp_flags);
3999         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4000 }
4001
4002 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4003 /*
4004  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4005  * freed pages.
4006  *
4007  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4008  * LRU order by reclaiming preferentially
4009  * inactive > active > active referenced > active mapped
4010  */
4011 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4012 {
4013         struct scan_control sc = {
4014                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4015                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4016                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4017                 .priority = DEF_PRIORITY,
4018                 .may_writepage = 1,
4019                 .may_unmap = 1,
4020                 .may_swap = 1,
4021                 .hibernation_mode = 1,
4022         };
4023         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4024         unsigned long nr_reclaimed;
4025         unsigned int noreclaim_flag;
4026
4027         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4028         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4029         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4030
4031         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4032
4033         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4034         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4035         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4036
4037         return nr_reclaimed;
4038 }
4039 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4040
4041 /*
4042  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4043  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4044  */
4045 int kswapd_run(int nid)
4046 {
4047         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4048         int ret = 0;
4049
4050         if (pgdat->kswapd)
4051                 return 0;
4052
4053         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4054         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4055                 /* failure at boot is fatal */
4056                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4057                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4058                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4059                 pgdat->kswapd = NULL;
4060         }
4061         return ret;
4062 }
4063
4064 /*
4065  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4066  * hold mem_hotplug_begin/end().
4067  */
4068 void kswapd_stop(int nid)
4069 {
4070         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4071
4072         if (kswapd) {
4073                 kthread_stop(kswapd);
4074                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4075         }
4076 }
4077
4078 static int __init kswapd_init(void)
4079 {
4080         int nid;
4081
4082         swap_setup();
4083         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4084                 kswapd_run(nid);
4085         return 0;
4086 }
4087
4088 module_init(kswapd_init)
4089
4090 #ifdef CONFIG_NUMA
4091 /*
4092  * Node reclaim mode
4093  *
4094  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4095  * the watermarks.
4096  */
4097 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4098
4099 /*
4100  * These bit locations are exposed in the vm.zone_reclaim_mode sysctl
4101  * ABI.  New bits are OK, but existing bits can never change.
4102  */
4103 #define RECLAIM_ZONE  (1<<0)   /* Run shrink_inactive_list on the zone */
4104 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)   /* Writeout pages during reclaim */
4105 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)   /* Unmap pages during reclaim */
4106
4107 /*
4108  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4109  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4110  * a zone.
4111  */
4112 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4113
4114 /*
4115  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4116  * occur.
4117  */
4118 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4119
4120 /*
4121  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4122  * slab reclaim needs to occur.
4123  */
4124 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4125
4126 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4127 {
4128         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4129         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4130                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4131
4132         /*
4133          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4134          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4135          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4136          */
4137         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4138 }
4139
4140 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4141 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4142 {
4143         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4144         unsigned long delta = 0;
4145
4146         /*
4147          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4148          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4149          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4150          * a better estimate
4151          */
4152         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4153                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4154         else
4155                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4156
4157         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4158         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4159                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4160
4161         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4162         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4163                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4164
4165         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4166 }
4167
4168 /*
4169  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4170  */
4171 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4172 {
4173         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4174         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4175         struct task_struct *p = current;
4176         unsigned int noreclaim_flag;
4177         struct scan_control sc = {
4178                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4179                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4180                 .order = order,
4181                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4182                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4183                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4184                 .may_swap = 1,
4185                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4186         };
4187
4188         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4189                                            sc.gfp_mask);
4190
4191         cond_resched();
4192         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4193         /*
4194          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4195          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4196          * and RECLAIM_UNMAP.
4197          */
4198         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4199         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4200         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4201
4202         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4203                 /*
4204                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4205                  * priorities until we have enough memory freed.
4206                  */
4207                 do {
4208                         shrink_node(pgdat, &sc);
4209                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4210         }
4211
4212         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4213         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4214         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4215         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4216
4217         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4218
4219         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4220 }
4221
4222 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4223 {
4224         int ret;
4225
4226         /*
4227          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4228          * slab pages if we are over the defined limits.
4229          *
4230          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4231          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4232          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4233          * if less than a specified percentage of the node is used by
4234          * unmapped file backed pages.
4235          */
4236         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4237             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4238             pgdat->min_slab_pages)
4239                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4240
4241         /*
4242          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4243          */
4244         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4245                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4246
4247         /*
4248          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4249          * have associated processors. This will favor the local processor
4250          * over remote processors and spread off node memory allocations
4251          * as wide as possible.
4252          */
4253         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4254                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4255
4256         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4257                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4258
4259         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4260         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4261
4262         if (!ret)
4263                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4264
4265         return ret;
4266 }
4267 #endif
4268
4269 /**
4270  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4271  * appropriate zone lru list
4272  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4273  *
4274  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4275  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4276  * should be only used for lru pages.
4277  */
4278 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4279 {
4280         struct lruvec *lruvec;
4281         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4282         int pgscanned = 0;
4283         int pgrescued = 0;
4284         int i;
4285
4286         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4287                 struct page *page = pvec->pages[i];
4288                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4289                 int nr_pages;
4290
4291                 if (PageTransTail(page))
4292                         continue;
4293
4294                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4295                 pgscanned += nr_pages;
4296
4297                 if (pagepgdat != pgdat) {
4298                         if (pgdat)
4299                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4300                         pgdat = pagepgdat;
4301                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4302                 }
4303                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4304
4305                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4306                         continue;
4307
4308                 if (page_evictable(page)) {
4309                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4310
4311                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4312                         ClearPageUnevictable(page);
4313                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4314                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4315                         pgrescued += nr_pages;
4316                 }
4317         }
4318
4319         if (pgdat) {
4320                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4321                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4322                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4323         }
4324 }
4325 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);