mm/swap_state.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  linux/mm/swap_state.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
   7  *
   8  *  Rewritten to use page cache, (C) 1998 Stephen Tweedie
   9  */
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/gfp.h>
  12 #include <linux/kernel_stat.h>
  13 #include <linux/mempolicy.h>
  14 #include <linux/swap.h>
  15 #include <linux/swapops.h>
  16 #include <linux/init.h>
  17 #include <linux/pagemap.h>
  18 #include <linux/backing-dev.h>
  19 #include <linux/blkdev.h>
  20 #include <linux/migrate.h>
  21 #include <linux/vmalloc.h>
  22 #include <linux/swap_slots.h>
  23 #include <linux/huge_mm.h>
  24 #include <linux/shmem_fs.h>
  25 #include "internal.h"
  26 #include "swap.h"
  27
  28 /*
  29  * swapper_space is a fiction, retained to simplify the path through
  30  * vmscan's shrink_page_list.
  31  */
  32 static const struct address_space_operations swap_aops = {
  33         .writepage      = swap_writepage,
  34         .dirty_folio    = noop_dirty_folio,
  35 #ifdef CONFIG_MIGRATION
  36         .migrate_folio  = migrate_folio,
  37 #endif
  38 };
  39
  40 struct address_space *swapper_spaces[MAX_SWAPFILES] __read_mostly;
  41 static unsigned int nr_swapper_spaces[MAX_SWAPFILES] __read_mostly;
  42 static bool enable_vma_readahead __read_mostly = true;
  43
  44 #define SWAP_RA_WIN_SHIFT       (PAGE_SHIFT / 2)
  45 #define SWAP_RA_HITS_MASK       ((1UL << SWAP_RA_WIN_SHIFT) - 1)
  46 #define SWAP_RA_HITS_MAX        SWAP_RA_HITS_MASK
  47 #define SWAP_RA_WIN_MASK        (~PAGE_MASK & ~SWAP_RA_HITS_MASK)
  48
  49 #define SWAP_RA_HITS(v)         ((v) & SWAP_RA_HITS_MASK)
  50 #define SWAP_RA_WIN(v)          (((v) & SWAP_RA_WIN_MASK) >> SWAP_RA_WIN_SHIFT)
  51 #define SWAP_RA_ADDR(v)         ((v) & PAGE_MASK)
  52
  53 #define SWAP_RA_VAL(addr, win, hits)                            \
  54         (((addr) & PAGE_MASK) |                                 \
  55          (((win) << SWAP_RA_WIN_SHIFT) & SWAP_RA_WIN_MASK) |    \
  56          ((hits) & SWAP_RA_HITS_MASK))
  57
  58 /* Initial readahead hits is 4 to start up with a small window */
  59 #define GET_SWAP_RA_VAL(vma)                                    \
  60         (atomic_long_read(&(vma)->swap_readahead_info) ? : 4)
  61
  62 static atomic_t swapin_readahead_hits = ATOMIC_INIT(4);
  63
  64 void show_swap_cache_info(void)
  65 {
  66         printk("%lu pages in swap cache\n", total_swapcache_pages());
  67         printk("Free swap  = %ldkB\n", K(get_nr_swap_pages()));
  68         printk("Total swap = %lukB\n", K(total_swap_pages));
  69 }
  70
  71 void *get_shadow_from_swap_cache(swp_entry_t entry)
  72 {
  73         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
  74         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
  75         struct page *page;
  76
  77         page = xa_load(&address_space->i_pages, idx);
  78         if (xa_is_value(page))
  79                 return page;
  80         return NULL;
  81 }
  82
  83 /*
  84  * add_to_swap_cache resembles filemap_add_folio on swapper_space,
  85  * but sets SwapCache flag and private instead of mapping and index.
  86  */
  87 int add_to_swap_cache(struct folio *folio, swp_entry_t entry,
  88                         gfp_t gfp, void **shadowp)
  89 {
  90         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
  91         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
  92         XA_STATE_ORDER(xas, &address_space->i_pages, idx, folio_order(folio));
  93         unsigned long i, nr = folio_nr_pages(folio);
  94         void *old;
  95
  96         xas_set_update(&xas, workingset_update_node);
  97
  98         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
  99         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapcache(folio), folio);
 100         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_swapbacked(folio), folio);
 101
 102         folio_ref_add(folio, nr);
 103         folio_set_swapcache(folio);
 104         folio->swap = entry;
 105
 106         do {
 107                 xas_lock_irq(&xas);
 108                 xas_create_range(&xas);
 109                 if (xas_error(&xas))
 110                         goto unlock;
 111                 for (i = 0; i < nr; i++) {
 112                         VM_BUG_ON_FOLIO(xas.xa_index != idx + i, folio);
 113                         if (shadowp) {
 114                                 old = xas_load(&xas);
 115                                 if (xa_is_value(old))
 116                                         *shadowp = old;
 117                         }
 118                         xas_store(&xas, folio);
 119                         xas_next(&xas);
 120                 }
 121                 address_space->nrpages += nr;
 122                 __node_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
 123                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SWAPCACHE, nr);
 124 unlock:
 125                 xas_unlock_irq(&xas);
 126         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
 127
 128         if (!xas_error(&xas))
 129                 return 0;
 130
 131         folio_clear_swapcache(folio);
 132         folio_ref_sub(folio, nr);
 133         return xas_error(&xas);
 134 }
 135
 136 /*
 137  * This must be called only on folios that have
 138  * been verified to be in the swap cache.
 139  */
 140 void __delete_from_swap_cache(struct folio *folio,
 141                         swp_entry_t entry, void *shadow)
 142 {
 143         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 144         int i;
 145         long nr = folio_nr_pages(folio);
 146         pgoff_t idx = swp_offset(entry);
 147         XA_STATE(xas, &address_space->i_pages, idx);
 148
 149         xas_set_update(&xas, workingset_update_node);
 150
 151         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
 152         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_swapcache(folio), folio);
 153         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_writeback(folio), folio);
 154
 155         for (i = 0; i < nr; i++) {
 156                 void *entry = xas_store(&xas, shadow);
 157                 VM_BUG_ON_PAGE(entry != folio, entry);
 158                 xas_next(&xas);
 159         }
 160         folio->swap.val = 0;
 161         folio_clear_swapcache(folio);
 162         address_space->nrpages -= nr;
 163         __node_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
 164         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SWAPCACHE, -nr);
 165 }
 166
 167 /**
 168  * add_to_swap - allocate swap space for a folio
 169  * @folio: folio we want to move to swap
 170  *
 171  * Allocate swap space for the folio and add the folio to the
 172  * swap cache.
 173  *
 174  * Context: Caller needs to hold the folio lock.
 175  * Return: Whether the folio was added to the swap cache.
 176  */
 177 bool add_to_swap(struct folio *folio)
 178 {
 179         swp_entry_t entry;
 180         int err;
 181
 182         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
 183         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_uptodate(folio), folio);
 184
 185         entry = folio_alloc_swap(folio);
 186         if (!entry.val)
 187                 return false;
 188
 189         /*
 190          * XArray node allocations from PF_MEMALLOC contexts could
 191          * completely exhaust the page allocator. __GFP_NOMEMALLOC
 192          * stops emergency reserves from being allocated.
 193          *
 194          * TODO: this could cause a theoretical memory reclaim
 195          * deadlock in the swap out path.
 196          */
 197         /*
 198          * Add it to the swap cache.
 199          */
 200         err = add_to_swap_cache(folio, entry,
 201                         __GFP_HIGH|__GFP_NOMEMALLOC|__GFP_NOWARN, NULL);
 202         if (err)
 203                 /*
 204                  * add_to_swap_cache() doesn't return -EEXIST, so we can safely
 205                  * clear SWAP_HAS_CACHE flag.
 206                  */
 207                 goto fail;
 208         /*
 209          * Normally the folio will be dirtied in unmap because its
 210          * pte should be dirty. A special case is MADV_FREE page. The
 211          * page's pte could have dirty bit cleared but the folio's
 212          * SwapBacked flag is still set because clearing the dirty bit
 213          * and SwapBacked flag has no lock protected. For such folio,
 214          * unmap will not set dirty bit for it, so folio reclaim will
 215          * not write the folio out. This can cause data corruption when
 216          * the folio is swapped in later. Always setting the dirty flag
 217          * for the folio solves the problem.
 218          */
 219         folio_mark_dirty(folio);
 220
 221         return true;
 222
 223 fail:
 224         put_swap_folio(folio, entry);
 225         return false;
 226 }
 227
 228 /*
 229  * This must be called only on folios that have
 230  * been verified to be in the swap cache and locked.
 231  * It will never put the folio into the free list,
 232  * the caller has a reference on the folio.
 233  */
 234 void delete_from_swap_cache(struct folio *folio)
 235 {
 236         swp_entry_t entry = folio->swap;
 237         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 238
 239         xa_lock_irq(&address_space->i_pages);
 240         __delete_from_swap_cache(folio, entry, NULL);
 241         xa_unlock_irq(&address_space->i_pages);
 242
 243         put_swap_folio(folio, entry);
 244         folio_ref_sub(folio, folio_nr_pages(folio));
 245 }
 246
 247 void clear_shadow_from_swap_cache(int type, unsigned long begin,
 248                                 unsigned long end)
 249 {
 250         unsigned long curr = begin;
 251         void *old;
 252
 253         for (;;) {
 254                 swp_entry_t entry = swp_entry(type, curr);
 255                 struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
 256                 XA_STATE(xas, &address_space->i_pages, curr);
 257
 258                 xas_set_update(&xas, workingset_update_node);
 259
 260                 xa_lock_irq(&address_space->i_pages);
 261                 xas_for_each(&xas, old, end) {
 262                         if (!xa_is_value(old))
 263                                 continue;
 264                         xas_store(&xas, NULL);
 265                 }
 266                 xa_unlock_irq(&address_space->i_pages);
 267
 268                 /* search the next swapcache until we meet end */
 269                 curr >>= SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT;
 270                 curr++;
 271                 curr <<= SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT;
 272                 if (curr > end)
 273                         break;
 274         }
 275 }
 276
 277 /*
 278  * If we are the only user, then try to free up the swap cache.
 279  *
 280  * Its ok to check the swapcache flag without the folio lock
 281  * here because we are going to recheck again inside
 282  * folio_free_swap() _with_ the lock.
 283  *                                      - Marcelo
 284  */
 285 void free_swap_cache(struct page *page)
 286 {
 287         struct folio *folio = page_folio(page);
 288
 289         if (folio_test_swapcache(folio) && !folio_mapped(folio) &&
 290             folio_trylock(folio)) {
 291                 folio_free_swap(folio);
 292                 folio_unlock(folio);
 293         }
 294 }
 295
 296 /*
 297  * Perform a free_page(), also freeing any swap cache associated with
 298  * this page if it is the last user of the page.
 299  */
 300 void free_page_and_swap_cache(struct page *page)
 301 {
 302         free_swap_cache(page);
 303         if (!is_huge_zero_page(page))
 304                 put_page(page);
 305 }
 306
 307 /*
 308  * Passed an array of pages, drop them all from swapcache and then release
 309  * them.  They are removed from the LRU and freed if this is their last use.
 310  */
 311 void free_pages_and_swap_cache(struct encoded_page **pages, int nr)
 312 {
 313         lru_add_drain();
 314         for (int i = 0; i < nr; i++)
 315                 free_swap_cache(encoded_page_ptr(pages[i]));
 316         release_pages(pages, nr);
 317 }
 318
 319 static inline bool swap_use_vma_readahead(void)
 320 {
 321         return READ_ONCE(enable_vma_readahead) && !atomic_read(&nr_rotate_swap);
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Lookup a swap entry in the swap cache. A found folio will be returned
 326  * unlocked and with its refcount incremented - we rely on the kernel
 327  * lock getting page table operations atomic even if we drop the folio
 328  * lock before returning.
 329  *
 330  * Caller must lock the swap device or hold a reference to keep it valid.
 331  */
 332 struct folio *swap_cache_get_folio(swp_entry_t entry,
 333                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
 334 {
 335         struct folio *folio;
 336
 337         folio = filemap_get_folio(swap_address_space(entry), swp_offset(entry));
 338         if (!IS_ERR(folio)) {
 339                 bool vma_ra = swap_use_vma_readahead();
 340                 bool readahead;
 341
 342                 /*
 343                  * At the moment, we don't support PG_readahead for anon THP
 344                  * so let's bail out rather than confusing the readahead stat.
 345                  */
 346                 if (unlikely(folio_test_large(folio)))
 347                         return folio;
 348
 349                 readahead = folio_test_clear_readahead(folio);
 350                 if (vma && vma_ra) {
 351                         unsigned long ra_val;
 352                         int win, hits;
 353
 354                         ra_val = GET_SWAP_RA_VAL(vma);
 355                         win = SWAP_RA_WIN(ra_val);
 356                         hits = SWAP_RA_HITS(ra_val);
 357                         if (readahead)
 358                                 hits = min_t(int, hits + 1, SWAP_RA_HITS_MAX);
 359                         atomic_long_set(&vma->swap_readahead_info,
 360                                         SWAP_RA_VAL(addr, win, hits));
 361                 }
 362
 363                 if (readahead) {
 364                         count_vm_event(SWAP_RA_HIT);
 365                         if (!vma || !vma_ra)
 366                                 atomic_inc(&swapin_readahead_hits);
 367                 }
 368         } else {
 369                 folio = NULL;
 370         }
 371
 372         return folio;
 373 }
 374
 375 /**
 376  * filemap_get_incore_folio - Find and get a folio from the page or swap caches.
 377  * @mapping: The address_space to search.
 378  * @index: The page cache index.
 379  *
 380  * This differs from filemap_get_folio() in that it will also look for the
 381  * folio in the swap cache.
 382  *
 383  * Return: The found folio or %NULL.
 384  */
 385 struct folio *filemap_get_incore_folio(struct address_space *mapping,
 386                 pgoff_t index)
 387 {
 388         swp_entry_t swp;
 389         struct swap_info_struct *si;
 390         struct folio *folio = filemap_get_entry(mapping, index);
 391
 392         if (!folio)
 393                 return ERR_PTR(-ENOENT);
 394         if (!xa_is_value(folio))
 395                 return folio;
 396         if (!shmem_mapping(mapping))
 397                 return ERR_PTR(-ENOENT);
 398
 399         swp = radix_to_swp_entry(folio);
 400         /* There might be swapin error entries in shmem mapping. */
 401         if (non_swap_entry(swp))
 402                 return ERR_PTR(-ENOENT);
 403         /* Prevent swapoff from happening to us */
 404         si = get_swap_device(swp);
 405         if (!si)
 406                 return ERR_PTR(-ENOENT);
 407         index = swp_offset(swp);
 408         folio = filemap_get_folio(swap_address_space(swp), index);
 409         put_swap_device(si);
 410         return folio;
 411 }
 412
 413 struct page *__read_swap_cache_async(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 414                                      struct mempolicy *mpol, pgoff_t ilx,
 415                                      bool *new_page_allocated)
 416 {
 417         struct swap_info_struct *si;
 418         struct folio *folio;
 419         struct page *page;
 420         void *shadow = NULL;
 421
 422         *new_page_allocated = false;
 423         si = get_swap_device(entry);
 424         if (!si)
 425                 return NULL;
 426
 427         for (;;) {
 428                 int err;
 429                 /*
 430                  * First check the swap cache.  Since this is normally
 431                  * called after swap_cache_get_folio() failed, re-calling
 432                  * that would confuse statistics.
 433                  */
 434                 folio = filemap_get_folio(swap_address_space(entry),
 435                                                 swp_offset(entry));
 436                 if (!IS_ERR(folio)) {
 437                         page = folio_file_page(folio, swp_offset(entry));
 438                         goto got_page;
 439                 }
 440
 441                 /*
 442                  * Just skip read ahead for unused swap slot.
 443                  * During swap_off when swap_slot_cache is disabled,
 444                  * we have to handle the race between putting
 445                  * swap entry in swap cache and marking swap slot
 446                  * as SWAP_HAS_CACHE.  That's done in later part of code or
 447                  * else swap_off will be aborted if we return NULL.
 448                  */
 449                 if (!swap_swapcount(si, entry) && swap_slot_cache_enabled)
 450                         goto fail_put_swap;
 451
 452                 /*
 453                  * Get a new page to read into from swap.  Allocate it now,
 454                  * before marking swap_map SWAP_HAS_CACHE, when -EEXIST will
 455                  * cause any racers to loop around until we add it to cache.
 456                  */
 457                 folio = (struct folio *)alloc_pages_mpol(gfp_mask, 0,
 458                                                 mpol, ilx, numa_node_id());
 459                 if (!folio)
 460                         goto fail_put_swap;
 461
 462                 /*
 463                  * Swap entry may have been freed since our caller observed it.
 464                  */
 465                 err = swapcache_prepare(entry);
 466                 if (!err)
 467                         break;
 468
 469                 folio_put(folio);
 470                 if (err != -EEXIST)
 471                         goto fail_put_swap;
 472
 473                 /*
 474                  * We might race against __delete_from_swap_cache(), and
 475                  * stumble across a swap_map entry whose SWAP_HAS_CACHE
 476                  * has not yet been cleared.  Or race against another
 477                  * __read_swap_cache_async(), which has set SWAP_HAS_CACHE
 478                  * in swap_map, but not yet added its page to swap cache.
 479                  */
 480                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
 481         }
 482
 483         /*
 484          * The swap entry is ours to swap in. Prepare the new page.
 485          */
 486
 487         __folio_set_locked(folio);
 488         __folio_set_swapbacked(folio);
 489
 490         if (mem_cgroup_swapin_charge_folio(folio, NULL, gfp_mask, entry))
 491                 goto fail_unlock;
 492
 493         /* May fail (-ENOMEM) if XArray node allocation failed. */
 494         if (add_to_swap_cache(folio, entry, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, &shadow))
 495                 goto fail_unlock;
 496
 497         mem_cgroup_swapin_uncharge_swap(entry);
 498
 499         if (shadow)
 500                 workingset_refault(folio, shadow);
 501
 502         /* Caller will initiate read into locked folio */
 503         folio_add_lru(folio);
 504         *new_page_allocated = true;
 505         page = &folio->page;
 506 got_page:
 507         put_swap_device(si);
 508         return page;
 509
 510 fail_unlock:
 511         put_swap_folio(folio, entry);
 512         folio_unlock(folio);
 513         folio_put(folio);
 514 fail_put_swap:
 515         put_swap_device(si);
 516         return NULL;
 517 }
 518
 519 /*
 520  * Locate a page of swap in physical memory, reserving swap cache space
 521  * and reading the disk if it is not already cached.
 522  * A failure return means that either the page allocation failed or that
 523  * the swap entry is no longer in use.
 524  *
 525  * get/put_swap_device() aren't needed to call this function, because
 526  * __read_swap_cache_async() call them and swap_readpage() holds the
 527  * swap cache folio lock.
 528  */
 529 struct page *read_swap_cache_async(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 530                                    struct vm_area_struct *vma,
 531                                    unsigned long addr, struct swap_iocb **plug)
 532 {
 533         bool page_allocated;
 534         struct mempolicy *mpol;
 535         pgoff_t ilx;
 536         struct page *page;
 537
 538         mpol = get_vma_policy(vma, addr, 0, &ilx);
 539         page = __read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, mpol, ilx,
 540                                         &page_allocated);
 541         mpol_cond_put(mpol);
 542
 543         if (page_allocated)
 544                 swap_readpage(page, false, plug);
 545         return page;
 546 }
 547
 548 static unsigned int __swapin_nr_pages(unsigned long prev_offset,
 549                                       unsigned long offset,
 550                                       int hits,
 551                                       int max_pages,
 552                                       int prev_win)
 553 {
 554         unsigned int pages, last_ra;
 555
 556         /*
 557          * This heuristic has been found to work well on both sequential and
 558          * random loads, swapping to hard disk or to SSD: please don't ask
 559          * what the "+ 2" means, it just happens to work well, that's all.
 560          */
 561         pages = hits + 2;
 562         if (pages == 2) {
 563                 /*
 564                  * We can have no readahead hits to judge by: but must not get
 565                  * stuck here forever, so check for an adjacent offset instead
 566                  * (and don't even bother to check whether swap type is same).
 567                  */
 568                 if (offset != prev_offset + 1 && offset != prev_offset - 1)
 569                         pages = 1;
 570         } else {
 571                 unsigned int roundup = 4;
 572                 while (roundup < pages)
 573                         roundup <<= 1;
 574                 pages = roundup;
 575         }
 576
 577         if (pages > max_pages)
 578                 pages = max_pages;
 579
 580         /* Don't shrink readahead too fast */
 581         last_ra = prev_win / 2;
 582         if (pages < last_ra)
 583                 pages = last_ra;
 584
 585         return pages;
 586 }
 587
 588 static unsigned long swapin_nr_pages(unsigned long offset)
 589 {
 590         static unsigned long prev_offset;
 591         unsigned int hits, pages, max_pages;
 592         static atomic_t last_readahead_pages;
 593
 594         max_pages = 1 << READ_ONCE(page_cluster);
 595         if (max_pages <= 1)
 596                 return 1;
 597
 598         hits = atomic_xchg(&swapin_readahead_hits, 0);
 599         pages = __swapin_nr_pages(READ_ONCE(prev_offset), offset, hits,
 600                                   max_pages,
 601                                   atomic_read(&last_readahead_pages));
 602         if (!hits)
 603                 WRITE_ONCE(prev_offset, offset);
 604         atomic_set(&last_readahead_pages, pages);
 605
 606         return pages;
 607 }
 608
 609 /**
 610  * swap_cluster_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 611  * @entry: swap entry of this memory
 612  * @gfp_mask: memory allocation flags
 613  * @mpol: NUMA memory allocation policy to be applied
 614  * @ilx: NUMA interleave index, for use only when MPOL_INTERLEAVE
 615  *
 616  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 617  *
 618  * Primitive swap readahead code. We simply read an aligned block of
 619  * (1 << page_cluster) entries in the swap area. This method is chosen
 620  * because it doesn't cost us any seek time.  We also make sure to queue
 621  * the 'original' request together with the readahead ones...
 622  *
 623  * Note: it is intentional that the same NUMA policy and interleave index
 624  * are used for every page of the readahead: neighbouring pages on swap
 625  * are fairly likely to have been swapped out from the same node.
 626  */
 627 struct page *swap_cluster_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 628                                     struct mempolicy *mpol, pgoff_t ilx)
 629 {
 630         struct page *page;
 631         unsigned long entry_offset = swp_offset(entry);
 632         unsigned long offset = entry_offset;
 633         unsigned long start_offset, end_offset;
 634         unsigned long mask;
 635         struct swap_info_struct *si = swp_swap_info(entry);
 636         struct blk_plug plug;
 637         struct swap_iocb *splug = NULL;
 638         bool page_allocated;
 639
 640         mask = swapin_nr_pages(offset) - 1;
 641         if (!mask)
 642                 goto skip;
 643
 644         /* Read a page_cluster sized and aligned cluster around offset. */
 645         start_offset = offset & ~mask;
 646         end_offset = offset | mask;
 647         if (!start_offset)      /* First page is swap header. */
 648                 start_offset++;
 649         if (end_offset >= si->max)
 650                 end_offset = si->max - 1;
 651
 652         blk_start_plug(&plug);
 653         for (offset = start_offset; offset <= end_offset ; offset++) {
 654                 /* Ok, do the async read-ahead now */
 655                 page = __read_swap_cache_async(
 656                                 swp_entry(swp_type(entry), offset),
 657                                 gfp_mask, mpol, ilx, &page_allocated);
 658                 if (!page)
 659                         continue;
 660                 if (page_allocated) {
 661                         swap_readpage(page, false, &splug);
 662                         if (offset != entry_offset) {
 663                                 SetPageReadahead(page);
 664                                 count_vm_event(SWAP_RA);
 665                         }
 666                 }
 667                 put_page(page);
 668         }
 669         blk_finish_plug(&plug);
 670         swap_read_unplug(splug);
 671         lru_add_drain();        /* Push any new pages onto the LRU now */
 672 skip:
 673         /* The page was likely read above, so no need for plugging here */
 674         page = __read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, mpol, ilx,
 675                                         &page_allocated);
 676         if (unlikely(page_allocated))
 677                 swap_readpage(page, false, NULL);
 678         return page;
 679 }
 680
 681 int init_swap_address_space(unsigned int type, unsigned long nr_pages)
 682 {
 683         struct address_space *spaces, *space;
 684         unsigned int i, nr;
 685
 686         nr = DIV_ROUND_UP(nr_pages, SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES);
 687         spaces = kvcalloc(nr, sizeof(struct address_space), GFP_KERNEL);
 688         if (!spaces)
 689                 return -ENOMEM;
 690         for (i = 0; i < nr; i++) {
 691                 space = spaces + i;
 692                 xa_init_flags(&space->i_pages, XA_FLAGS_LOCK_IRQ);
 693                 atomic_set(&space->i_mmap_writable, 0);
 694                 space->a_ops = &swap_aops;
 695                 /* swap cache doesn't use writeback related tags */
 696                 mapping_set_no_writeback_tags(space);
 697         }
 698         nr_swapper_spaces[type] = nr;
 699         swapper_spaces[type] = spaces;
 700
 701         return 0;
 702 }
 703
 704 void exit_swap_address_space(unsigned int type)
 705 {
 706         int i;
 707         struct address_space *spaces = swapper_spaces[type];
 708
 709         for (i = 0; i < nr_swapper_spaces[type]; i++)
 710                 VM_WARN_ON_ONCE(!mapping_empty(&spaces[i]));
 711         kvfree(spaces);
 712         nr_swapper_spaces[type] = 0;
 713         swapper_spaces[type] = NULL;
 714 }
 715
 716 #define SWAP_RA_ORDER_CEILING   5
 717
 718 struct vma_swap_readahead {
 719         unsigned short win;
 720         unsigned short offset;
 721         unsigned short nr_pte;
 722 };
 723
 724 static void swap_ra_info(struct vm_fault *vmf,
 725                          struct vma_swap_readahead *ra_info)
 726 {
 727         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
 728         unsigned long ra_val;
 729         unsigned long faddr, pfn, fpfn, lpfn, rpfn;
 730         unsigned long start, end;
 731         unsigned int max_win, hits, prev_win, win;
 732
 733         max_win = 1 << min_t(unsigned int, READ_ONCE(page_cluster),
 734                              SWAP_RA_ORDER_CEILING);
 735         if (max_win == 1) {
 736                 ra_info->win = 1;
 737                 return;
 738         }
 739
 740         faddr = vmf->address;
 741         fpfn = PFN_DOWN(faddr);
 742         ra_val = GET_SWAP_RA_VAL(vma);
 743         pfn = PFN_DOWN(SWAP_RA_ADDR(ra_val));
 744         prev_win = SWAP_RA_WIN(ra_val);
 745         hits = SWAP_RA_HITS(ra_val);
 746         ra_info->win = win = __swapin_nr_pages(pfn, fpfn, hits,
 747                                                max_win, prev_win);
 748         atomic_long_set(&vma->swap_readahead_info,
 749                         SWAP_RA_VAL(faddr, win, 0));
 750         if (win == 1)
 751                 return;
 752
 753         if (fpfn == pfn + 1) {
 754                 lpfn = fpfn;
 755                 rpfn = fpfn + win;
 756         } else if (pfn == fpfn + 1) {
 757                 lpfn = fpfn - win + 1;
 758                 rpfn = fpfn + 1;
 759         } else {
 760                 unsigned int left = (win - 1) / 2;
 761
 762                 lpfn = fpfn - left;
 763                 rpfn = fpfn + win - left;
 764         }
 765         start = max3(lpfn, PFN_DOWN(vma->vm_start),
 766                      PFN_DOWN(faddr & PMD_MASK));
 767         end = min3(rpfn, PFN_DOWN(vma->vm_end),
 768                    PFN_DOWN((faddr & PMD_MASK) + PMD_SIZE));
 769
 770         ra_info->nr_pte = end - start;
 771         ra_info->offset = fpfn - start;
 772 }
 773
 774 /**
 775  * swap_vma_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 776  * @targ_entry: swap entry of the targeted memory
 777  * @gfp_mask: memory allocation flags
 778  * @mpol: NUMA memory allocation policy to be applied
 779  * @targ_ilx: NUMA interleave index, for use only when MPOL_INTERLEAVE
 780  * @vmf: fault information
 781  *
 782  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 783  *
 784  * Primitive swap readahead code. We simply read in a few pages whose
 785  * virtual addresses are around the fault address in the same vma.
 786  *
 787  * Caller must hold read mmap_lock if vmf->vma is not NULL.
 788  *
 789  */
 790 static struct page *swap_vma_readahead(swp_entry_t targ_entry, gfp_t gfp_mask,
 791                                        struct mempolicy *mpol, pgoff_t targ_ilx,
 792                                        struct vm_fault *vmf)
 793 {
 794         struct blk_plug plug;
 795         struct swap_iocb *splug = NULL;
 796         struct page *page;
 797         pte_t *pte = NULL, pentry;
 798         unsigned long addr;
 799         swp_entry_t entry;
 800         pgoff_t ilx;
 801         unsigned int i;
 802         bool page_allocated;
 803         struct vma_swap_readahead ra_info = {
 804                 .win = 1,
 805         };
 806
 807         swap_ra_info(vmf, &ra_info);
 808         if (ra_info.win == 1)
 809                 goto skip;
 810
 811         addr = vmf->address - (ra_info.offset * PAGE_SIZE);
 812         ilx = targ_ilx - ra_info.offset;
 813
 814         blk_start_plug(&plug);
 815         for (i = 0; i < ra_info.nr_pte; i++, ilx++, addr += PAGE_SIZE) {
 816                 if (!pte++) {
 817                         pte = pte_offset_map(vmf->pmd, addr);
 818                         if (!pte)
 819                                 break;
 820                 }
 821                 pentry = ptep_get_lockless(pte);
 822                 if (!is_swap_pte(pentry))
 823                         continue;
 824                 entry = pte_to_swp_entry(pentry);
 825                 if (unlikely(non_swap_entry(entry)))
 826                         continue;
 827                 pte_unmap(pte);
 828                 pte = NULL;
 829                 page = __read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, mpol, ilx,
 830                                                 &page_allocated);
 831                 if (!page)
 832                         continue;
 833                 if (page_allocated) {
 834                         swap_readpage(page, false, &splug);
 835                         if (i != ra_info.offset) {
 836                                 SetPageReadahead(page);
 837                                 count_vm_event(SWAP_RA);
 838                         }
 839                 }
 840                 put_page(page);
 841         }
 842         if (pte)
 843                 pte_unmap(pte);
 844         blk_finish_plug(&plug);
 845         swap_read_unplug(splug);
 846         lru_add_drain();
 847 skip:
 848         /* The page was likely read above, so no need for plugging here */
 849         page = __read_swap_cache_async(targ_entry, gfp_mask, mpol, targ_ilx,
 850                                         &page_allocated);
 851         if (unlikely(page_allocated))
 852                 swap_readpage(page, false, NULL);
 853         return page;
 854 }
 855
 856 /**
 857  * swapin_readahead - swap in pages in hope we need them soon
 858  * @entry: swap entry of this memory
 859  * @gfp_mask: memory allocation flags
 860  * @vmf: fault information
 861  *
 862  * Returns the struct page for entry and addr, after queueing swapin.
 863  *
 864  * It's a main entry function for swap readahead. By the configuration,
 865  * it will read ahead blocks by cluster-based(ie, physical disk based)
 866  * or vma-based(ie, virtual address based on faulty address) readahead.
 867  */
 868 struct page *swapin_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
 869                                 struct vm_fault *vmf)
 870 {
 871         struct mempolicy *mpol;
 872         pgoff_t ilx;
 873         struct page *page;
 874
 875         mpol = get_vma_policy(vmf->vma, vmf->address, 0, &ilx);
 876         page = swap_use_vma_readahead() ?
 877                 swap_vma_readahead(entry, gfp_mask, mpol, ilx, vmf) :
 878                 swap_cluster_readahead(entry, gfp_mask, mpol, ilx);
 879         mpol_cond_put(mpol);
 880         return page;
 881 }
 882
 883 #ifdef CONFIG_SYSFS
 884 static ssize_t vma_ra_enabled_show(struct kobject *kobj,
 885                                      struct kobj_attribute *attr, char *buf)
 886 {
 887         return sysfs_emit(buf, "%s\n",
 888                           enable_vma_readahead ? "true" : "false");
 889 }
 890 static ssize_t vma_ra_enabled_store(struct kobject *kobj,
 891                                       struct kobj_attribute *attr,
 892                                       const char *buf, size_t count)
 893 {
 894         ssize_t ret;
 895
 896         ret = kstrtobool(buf, &enable_vma_readahead);
 897         if (ret)
 898                 return ret;
 899
 900         return count;
 901 }
 902 static struct kobj_attribute vma_ra_enabled_attr = __ATTR_RW(vma_ra_enabled);
 903
 904 static struct attribute *swap_attrs[] = {
 905         &vma_ra_enabled_attr.attr,
 906         NULL,
 907 };
 908
 909 static const struct attribute_group swap_attr_group = {
 910         .attrs = swap_attrs,
 911 };
 912
 913 static int __init swap_init_sysfs(void)
 914 {
 915         int err;
 916         struct kobject *swap_kobj;
 917
 918         swap_kobj = kobject_create_and_add("swap", mm_kobj);
 919         if (!swap_kobj) {
 920                 pr_err("failed to create swap kobject\n");
 921                 return -ENOMEM;
 922         }
 923         err = sysfs_create_group(swap_kobj, &swap_attr_group);
 924         if (err) {
 925                 pr_err("failed to register swap group\n");
 926                 goto delete_obj;
 927         }
 928         return 0;
 929
 930 delete_obj:
 931         kobject_put(swap_kobj);
 932         return err;
 933 }
 934 subsys_initcall(swap_init_sysfs);
 935 #endif