hwpoison: fix race with changing page during offlining
[linux-2.6-block.git] / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include <asm/div64.h>
52
53 #include <linux/swapops.h>
54 #include <linux/balloon_compaction.h>
55
56 #include "internal.h"
57
58 #define CREATE_TRACE_POINTS
59 #include <trace/events/vmscan.h>
60
61 struct scan_control {
62         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
63         unsigned long nr_to_reclaim;
64
65         /* This context's GFP mask */
66         gfp_t gfp_mask;
67
68         /* Allocation order */
69         int order;
70
71         /*
72          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
73          * are scanned.
74          */
75         nodemask_t      *nodemask;
76
77         /*
78          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
79          * primary target of this reclaim invocation.
80          */
81         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
82
83         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
84         int priority;
85
86         unsigned int may_writepage:1;
87
88         /* Can mapped pages be reclaimed? */
89         unsigned int may_unmap:1;
90
91         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
92         unsigned int may_swap:1;
93
94         unsigned int hibernation_mode:1;
95
96         /* One of the zones is ready for compaction */
97         unsigned int compaction_ready:1;
98
99         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
100         unsigned long nr_scanned;
101
102         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
103         unsigned long nr_reclaimed;
104 };
105
106 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
107
108 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
109 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
110         do {                                                            \
111                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
112                         struct page *prev;                              \
113                                                                         \
114                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
115                         prefetch(&prev->_field);                        \
116                 }                                                       \
117         } while (0)
118 #else
119 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
120 #endif
121
122 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
123 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
124         do {                                                            \
125                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
126                         struct page *prev;                              \
127                                                                         \
128                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
129                         prefetchw(&prev->_field);                       \
130                 }                                                       \
131         } while (0)
132 #else
133 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
134 #endif
135
136 /*
137  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
138  */
139 int vm_swappiness = 60;
140 unsigned long vm_total_pages;   /* The total number of pages which the VM controls */
141
142 static LIST_HEAD(shrinker_list);
143 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
144
145 #ifdef CONFIG_MEMCG
146 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
147 {
148         return !sc->target_mem_cgroup;
149 }
150 #else
151 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
152 {
153         return true;
154 }
155 #endif
156
157 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
158 {
159         int nr;
160
161         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
162              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
163
164         if (get_nr_swap_pages() > 0)
165                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
166                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
167
168         return nr;
169 }
170
171 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
172 {
173         return zone->pages_scanned < zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
174 }
175
176 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
177 {
178         if (!mem_cgroup_disabled())
179                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
180
181         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
182 }
183
184 /*
185  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
186  */
187 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
188 {
189         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
190
191         /*
192          * If we only have one possible node in the system anyway, save
193          * ourselves the trouble and disable NUMA aware behavior. This way we
194          * will save memory and some small loop time later.
195          */
196         if (nr_node_ids == 1)
197                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_NUMA_AWARE;
198
199         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
200                 size *= nr_node_ids;
201
202         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
203         if (!shrinker->nr_deferred)
204                 return -ENOMEM;
205
206         down_write(&shrinker_rwsem);
207         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
208         up_write(&shrinker_rwsem);
209         return 0;
210 }
211 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
212
213 /*
214  * Remove one
215  */
216 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
217 {
218         down_write(&shrinker_rwsem);
219         list_del(&shrinker->list);
220         up_write(&shrinker_rwsem);
221         kfree(shrinker->nr_deferred);
222 }
223 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
224
225 #define SHRINK_BATCH 128
226
227 static unsigned long
228 shrink_slab_node(struct shrink_control *shrinkctl, struct shrinker *shrinker,
229                  unsigned long nr_pages_scanned, unsigned long lru_pages)
230 {
231         unsigned long freed = 0;
232         unsigned long long delta;
233         long total_scan;
234         long freeable;
235         long nr;
236         long new_nr;
237         int nid = shrinkctl->nid;
238         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
239                                           : SHRINK_BATCH;
240
241         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
242         if (freeable == 0)
243                 return 0;
244
245         /*
246          * copy the current shrinker scan count into a local variable
247          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
248          * don't also do this scanning work.
249          */
250         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
251
252         total_scan = nr;
253         delta = (4 * nr_pages_scanned) / shrinker->seeks;
254         delta *= freeable;
255         do_div(delta, lru_pages + 1);
256         total_scan += delta;
257         if (total_scan < 0) {
258                 printk(KERN_ERR
259                 "shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
260                        shrinker->scan_objects, total_scan);
261                 total_scan = freeable;
262         }
263
264         /*
265          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
266          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
267          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
268          * nr being built up so when a shrink that can do some work
269          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
270          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
271          * memory.
272          *
273          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
274          * a large delta change is calculated directly.
275          */
276         if (delta < freeable / 4)
277                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
278
279         /*
280          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
281          * never try to free more than twice the estimate number of
282          * freeable entries.
283          */
284         if (total_scan > freeable * 2)
285                 total_scan = freeable * 2;
286
287         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
288                                 nr_pages_scanned, lru_pages,
289                                 freeable, delta, total_scan);
290
291         /*
292          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
293          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
294          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
295          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
296          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
297          * objects spread over several slabs with usage less than the
298          * batch_size.
299          *
300          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
301          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
302          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
303          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
304          * possible.
305          */
306         while (total_scan >= batch_size ||
307                total_scan >= freeable) {
308                 unsigned long ret;
309                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
310
311                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
312                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
313                 if (ret == SHRINK_STOP)
314                         break;
315                 freed += ret;
316
317                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
318                 total_scan -= nr_to_scan;
319
320                 cond_resched();
321         }
322
323         /*
324          * move the unused scan count back into the shrinker in a
325          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
326          * scan, there is no need to do an update.
327          */
328         if (total_scan > 0)
329                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
330                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
331         else
332                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
333
334         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
335         return freed;
336 }
337
338 /*
339  * Call the shrink functions to age shrinkable caches
340  *
341  * Here we assume it costs one seek to replace a lru page and that it also
342  * takes a seek to recreate a cache object.  With this in mind we age equal
343  * percentages of the lru and ageable caches.  This should balance the seeks
344  * generated by these structures.
345  *
346  * If the vm encountered mapped pages on the LRU it increase the pressure on
347  * slab to avoid swapping.
348  *
349  * We do weird things to avoid (scanned*seeks*entries) overflowing 32 bits.
350  *
351  * `lru_pages' represents the number of on-LRU pages in all the zones which
352  * are eligible for the caller's allocation attempt.  It is used for balancing
353  * slab reclaim versus page reclaim.
354  *
355  * Returns the number of slab objects which we shrunk.
356  */
357 unsigned long shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
358                           unsigned long nr_pages_scanned,
359                           unsigned long lru_pages)
360 {
361         struct shrinker *shrinker;
362         unsigned long freed = 0;
363
364         if (nr_pages_scanned == 0)
365                 nr_pages_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
366
367         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
368                 /*
369                  * If we would return 0, our callers would understand that we
370                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
371                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
372                  * time.
373                  */
374                 freed = 1;
375                 goto out;
376         }
377
378         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
379                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)) {
380                         shrinkctl->nid = 0;
381                         freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
382                                         nr_pages_scanned, lru_pages);
383                         continue;
384                 }
385
386                 for_each_node_mask(shrinkctl->nid, shrinkctl->nodes_to_scan) {
387                         if (node_online(shrinkctl->nid))
388                                 freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
389                                                 nr_pages_scanned, lru_pages);
390
391                 }
392         }
393         up_read(&shrinker_rwsem);
394 out:
395         cond_resched();
396         return freed;
397 }
398
399 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
400 {
401         /*
402          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
403          * that isolated the page, the page cache radix tree and
404          * optional buffer heads at page->private.
405          */
406         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
407 }
408
409 static int may_write_to_queue(struct backing_dev_info *bdi,
410                               struct scan_control *sc)
411 {
412         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
413                 return 1;
414         if (!bdi_write_congested(bdi))
415                 return 1;
416         if (bdi == current->backing_dev_info)
417                 return 1;
418         return 0;
419 }
420
421 /*
422  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
423  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
424  * fsync(), msync() or close().
425  *
426  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
427  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
428  * that page is locked, the mapping is pinned.
429  *
430  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
431  * __GFP_FS.
432  */
433 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
434                                 struct page *page, int error)
435 {
436         lock_page(page);
437         if (page_mapping(page) == mapping)
438                 mapping_set_error(mapping, error);
439         unlock_page(page);
440 }
441
442 /* possible outcome of pageout() */
443 typedef enum {
444         /* failed to write page out, page is locked */
445         PAGE_KEEP,
446         /* move page to the active list, page is locked */
447         PAGE_ACTIVATE,
448         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
449         PAGE_SUCCESS,
450         /* page is clean and locked */
451         PAGE_CLEAN,
452 } pageout_t;
453
454 /*
455  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
456  * Calls ->writepage().
457  */
458 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
459                          struct scan_control *sc)
460 {
461         /*
462          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
463          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
464          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
465          * stalls if we need to run get_block().  We could test
466          * PagePrivate for that.
467          *
468          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
469          * this page's queue, we can perform writeback even if that
470          * will block.
471          *
472          * If the page is swapcache, write it back even if that would
473          * block, for some throttling. This happens by accident, because
474          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
475          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
476          */
477         if (!is_page_cache_freeable(page))
478                 return PAGE_KEEP;
479         if (!mapping) {
480                 /*
481                  * Some data journaling orphaned pages can have
482                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
483                  */
484                 if (page_has_private(page)) {
485                         if (try_to_free_buffers(page)) {
486                                 ClearPageDirty(page);
487                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
488                                 return PAGE_CLEAN;
489                         }
490                 }
491                 return PAGE_KEEP;
492         }
493         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
494                 return PAGE_ACTIVATE;
495         if (!may_write_to_queue(mapping->backing_dev_info, sc))
496                 return PAGE_KEEP;
497
498         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
499                 int res;
500                 struct writeback_control wbc = {
501                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
502                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
503                         .range_start = 0,
504                         .range_end = LLONG_MAX,
505                         .for_reclaim = 1,
506                 };
507
508                 SetPageReclaim(page);
509                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
510                 if (res < 0)
511                         handle_write_error(mapping, page, res);
512                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
513                         ClearPageReclaim(page);
514                         return PAGE_ACTIVATE;
515                 }
516
517                 if (!PageWriteback(page)) {
518                         /* synchronous write or broken a_ops? */
519                         ClearPageReclaim(page);
520                 }
521                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
522                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
523                 return PAGE_SUCCESS;
524         }
525
526         return PAGE_CLEAN;
527 }
528
529 /*
530  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
531  * gets returned with a refcount of 0.
532  */
533 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
534                             bool reclaimed)
535 {
536         BUG_ON(!PageLocked(page));
537         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
538
539         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
540         /*
541          * The non racy check for a busy page.
542          *
543          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
544          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
545          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
546          * here, then the following race may occur:
547          *
548          * get_user_pages(&page);
549          * [user mapping goes away]
550          * write_to(page);
551          *                              !PageDirty(page)    [good]
552          * SetPageDirty(page);
553          * put_page(page);
554          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
555          *
556          * [oops, our write_to data is lost]
557          *
558          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
559          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
560          * load is not satisfied before that of page->_count.
561          *
562          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
563          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
564          */
565         if (!page_freeze_refs(page, 2))
566                 goto cannot_free;
567         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
568         if (unlikely(PageDirty(page))) {
569                 page_unfreeze_refs(page, 2);
570                 goto cannot_free;
571         }
572
573         if (PageSwapCache(page)) {
574                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
575                 __delete_from_swap_cache(page);
576                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
577                 swapcache_free(swap, page);
578         } else {
579                 void (*freepage)(struct page *);
580                 void *shadow = NULL;
581
582                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
583                 /*
584                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
585                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
586                  *
587                  * But don't store shadows in an address space that is
588                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
589                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
590                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
591                  * back.
592                  */
593                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
594                     !mapping_exiting(mapping))
595                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
596                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
597                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
598                 mem_cgroup_uncharge_cache_page(page);
599
600                 if (freepage != NULL)
601                         freepage(page);
602         }
603
604         return 1;
605
606 cannot_free:
607         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
608         return 0;
609 }
610
611 /*
612  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
613  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
614  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
615  * this page.
616  */
617 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
618 {
619         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
620                 /*
621                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
622                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
623                  * atomic operation.
624                  */
625                 page_unfreeze_refs(page, 1);
626                 return 1;
627         }
628         return 0;
629 }
630
631 /**
632  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
633  * @page: page to be put back to appropriate lru list
634  *
635  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
636  * Page may still be unevictable for other reasons.
637  *
638  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
639  */
640 void putback_lru_page(struct page *page)
641 {
642         bool is_unevictable;
643         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
644
645         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
646
647 redo:
648         ClearPageUnevictable(page);
649
650         if (page_evictable(page)) {
651                 /*
652                  * For evictable pages, we can use the cache.
653                  * In event of a race, worst case is we end up with an
654                  * unevictable page on [in]active list.
655                  * We know how to handle that.
656                  */
657                 is_unevictable = false;
658                 lru_cache_add(page);
659         } else {
660                 /*
661                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
662                  * list.
663                  */
664                 is_unevictable = true;
665                 add_page_to_unevictable_list(page);
666                 /*
667                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
668                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
669                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
670                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
671                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
672                  * the page back to the evictable list.
673                  *
674                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
675                  */
676                 smp_mb();
677         }
678
679         /*
680          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
681          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
682          * check after we added it to the list, again.
683          */
684         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
685                 if (!isolate_lru_page(page)) {
686                         put_page(page);
687                         goto redo;
688                 }
689                 /* This means someone else dropped this page from LRU
690                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
691                  * nothing to do here.
692                  */
693         }
694
695         if (was_unevictable && !is_unevictable)
696                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
697         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
698                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
699
700         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
701 }
702
703 enum page_references {
704         PAGEREF_RECLAIM,
705         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
706         PAGEREF_KEEP,
707         PAGEREF_ACTIVATE,
708 };
709
710 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
711                                                   struct scan_control *sc)
712 {
713         int referenced_ptes, referenced_page;
714         unsigned long vm_flags;
715
716         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
717                                           &vm_flags);
718         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
719
720         /*
721          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
722          * move the page to the unevictable list.
723          */
724         if (vm_flags & VM_LOCKED)
725                 return PAGEREF_RECLAIM;
726
727         if (referenced_ptes) {
728                 if (PageSwapBacked(page))
729                         return PAGEREF_ACTIVATE;
730                 /*
731                  * All mapped pages start out with page table
732                  * references from the instantiating fault, so we need
733                  * to look twice if a mapped file page is used more
734                  * than once.
735                  *
736                  * Mark it and spare it for another trip around the
737                  * inactive list.  Another page table reference will
738                  * lead to its activation.
739                  *
740                  * Note: the mark is set for activated pages as well
741                  * so that recently deactivated but used pages are
742                  * quickly recovered.
743                  */
744                 SetPageReferenced(page);
745
746                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
747                         return PAGEREF_ACTIVATE;
748
749                 /*
750                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
751                  */
752                 if (vm_flags & VM_EXEC)
753                         return PAGEREF_ACTIVATE;
754
755                 return PAGEREF_KEEP;
756         }
757
758         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
759         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
760                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
761
762         return PAGEREF_RECLAIM;
763 }
764
765 /* Check if a page is dirty or under writeback */
766 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
767                                        bool *dirty, bool *writeback)
768 {
769         struct address_space *mapping;
770
771         /*
772          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
773          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
774          */
775         if (!page_is_file_cache(page)) {
776                 *dirty = false;
777                 *writeback = false;
778                 return;
779         }
780
781         /* By default assume that the page flags are accurate */
782         *dirty = PageDirty(page);
783         *writeback = PageWriteback(page);
784
785         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
786         if (!page_has_private(page))
787                 return;
788
789         mapping = page_mapping(page);
790         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
791                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
792 }
793
794 /*
795  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
796  */
797 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
798                                       struct zone *zone,
799                                       struct scan_control *sc,
800                                       enum ttu_flags ttu_flags,
801                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
802                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
803                                       unsigned long *ret_nr_congested,
804                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
805                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
806                                       bool force_reclaim)
807 {
808         LIST_HEAD(ret_pages);
809         LIST_HEAD(free_pages);
810         int pgactivate = 0;
811         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
812         unsigned long nr_dirty = 0;
813         unsigned long nr_congested = 0;
814         unsigned long nr_reclaimed = 0;
815         unsigned long nr_writeback = 0;
816         unsigned long nr_immediate = 0;
817
818         cond_resched();
819
820         mem_cgroup_uncharge_start();
821         while (!list_empty(page_list)) {
822                 struct address_space *mapping;
823                 struct page *page;
824                 int may_enter_fs;
825                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
826                 bool dirty, writeback;
827
828                 cond_resched();
829
830                 page = lru_to_page(page_list);
831                 list_del(&page->lru);
832
833                 if (!trylock_page(page))
834                         goto keep;
835
836                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
837                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
838
839                 sc->nr_scanned++;
840
841                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
842                         goto cull_mlocked;
843
844                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
845                         goto keep_locked;
846
847                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
848                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
849                         sc->nr_scanned++;
850
851                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
852                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
853
854                 /*
855                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
856                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
857                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
858                  * is all dirty unqueued pages.
859                  */
860                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
861                 if (dirty || writeback)
862                         nr_dirty++;
863
864                 if (dirty && !writeback)
865                         nr_unqueued_dirty++;
866
867                 /*
868                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
869                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
870                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
871                  * end of the LRU a second time.
872                  */
873                 mapping = page_mapping(page);
874                 if ((mapping && bdi_write_congested(mapping->backing_dev_info)) ||
875                     (writeback && PageReclaim(page)))
876                         nr_congested++;
877
878                 /*
879                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
880                  * are three cases to consider.
881                  *
882                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
883                  *    under writeback and this page is both under writeback and
884                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
885                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
886                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
887                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
888                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
889                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
890                  *    caller can stall after page list has been processed.
891                  *
892                  * 2) Global reclaim encounters a page, memcg encounters a
893                  *    page that is not marked for immediate reclaim or
894                  *    the caller does not have __GFP_IO. In this case mark
895                  *    the page for immediate reclaim and continue scanning.
896                  *
897                  *    __GFP_IO is checked  because a loop driver thread might
898                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
899                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
900                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
901                  *    would probably show more reasons.
902                  *
903                  *    Don't require __GFP_FS, since we're not going into the
904                  *    FS, just waiting on its writeback completion. Worryingly,
905                  *    ext4 gfs2 and xfs allocate pages with
906                  *    grab_cache_page_write_begin(,,AOP_FLAG_NOFS), so testing
907                  *    may_enter_fs here is liable to OOM on them.
908                  *
909                  * 3) memcg encounters a page that is not already marked
910                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
911                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
912                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
913                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
914                  */
915                 if (PageWriteback(page)) {
916                         /* Case 1 above */
917                         if (current_is_kswapd() &&
918                             PageReclaim(page) &&
919                             zone_is_reclaim_writeback(zone)) {
920                                 nr_immediate++;
921                                 goto keep_locked;
922
923                         /* Case 2 above */
924                         } else if (global_reclaim(sc) ||
925                             !PageReclaim(page) || !(sc->gfp_mask & __GFP_IO)) {
926                                 /*
927                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
928                                  * might have just cleared PageReclaim, then
929                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
930                                  * as PageReadahead - but that does not matter
931                                  * enough to care.  What we do want is for this
932                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
933                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
934                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
935                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
936                                  */
937                                 SetPageReclaim(page);
938                                 nr_writeback++;
939
940                                 goto keep_locked;
941
942                         /* Case 3 above */
943                         } else {
944                                 wait_on_page_writeback(page);
945                         }
946                 }
947
948                 if (!force_reclaim)
949                         references = page_check_references(page, sc);
950
951                 switch (references) {
952                 case PAGEREF_ACTIVATE:
953                         goto activate_locked;
954                 case PAGEREF_KEEP:
955                         goto keep_locked;
956                 case PAGEREF_RECLAIM:
957                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
958                         ; /* try to reclaim the page below */
959                 }
960
961                 /*
962                  * Anonymous process memory has backing store?
963                  * Try to allocate it some swap space here.
964                  */
965                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
966                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
967                                 goto keep_locked;
968                         if (!add_to_swap(page, page_list))
969                                 goto activate_locked;
970                         may_enter_fs = 1;
971
972                         /* Adding to swap updated mapping */
973                         mapping = page_mapping(page);
974                 }
975
976                 /*
977                  * The page is mapped into the page tables of one or more
978                  * processes. Try to unmap it here.
979                  */
980                 if (page_mapped(page) && mapping) {
981                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
982                         case SWAP_FAIL:
983                                 goto activate_locked;
984                         case SWAP_AGAIN:
985                                 goto keep_locked;
986                         case SWAP_MLOCK:
987                                 goto cull_mlocked;
988                         case SWAP_SUCCESS:
989                                 ; /* try to free the page below */
990                         }
991                 }
992
993                 if (PageDirty(page)) {
994                         /*
995                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
996                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
997                          * if many dirty pages have been encountered.
998                          */
999                         if (page_is_file_cache(page) &&
1000                                         (!current_is_kswapd() ||
1001                                          !zone_is_reclaim_dirty(zone))) {
1002                                 /*
1003                                  * Immediately reclaim when written back.
1004                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1005                                  * except we already have the page isolated
1006                                  * and know it's dirty
1007                                  */
1008                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1009                                 SetPageReclaim(page);
1010
1011                                 goto keep_locked;
1012                         }
1013
1014                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1015                                 goto keep_locked;
1016                         if (!may_enter_fs)
1017                                 goto keep_locked;
1018                         if (!sc->may_writepage)
1019                                 goto keep_locked;
1020
1021                         /* Page is dirty, try to write it out here */
1022                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1023                         case PAGE_KEEP:
1024                                 goto keep_locked;
1025                         case PAGE_ACTIVATE:
1026                                 goto activate_locked;
1027                         case PAGE_SUCCESS:
1028                                 if (PageWriteback(page))
1029                                         goto keep;
1030                                 if (PageDirty(page))
1031                                         goto keep;
1032
1033                                 /*
1034                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1035                                  * ahead and try to reclaim the page.
1036                                  */
1037                                 if (!trylock_page(page))
1038                                         goto keep;
1039                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1040                                         goto keep_locked;
1041                                 mapping = page_mapping(page);
1042                         case PAGE_CLEAN:
1043                                 ; /* try to free the page below */
1044                         }
1045                 }
1046
1047                 /*
1048                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1049                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1050                  * the page as well.
1051                  *
1052                  * We do this even if the page is PageDirty().
1053                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1054                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1055                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1056                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1057                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1058                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1059                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1060                  *
1061                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1062                  * the pages which were not successfully invalidated in
1063                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1064                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1065                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1066                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1067                  */
1068                 if (page_has_private(page)) {
1069                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1070                                 goto activate_locked;
1071                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1072                                 unlock_page(page);
1073                                 if (put_page_testzero(page))
1074                                         goto free_it;
1075                                 else {
1076                                         /*
1077                                          * rare race with speculative reference.
1078                                          * the speculative reference will free
1079                                          * this page shortly, so we may
1080                                          * increment nr_reclaimed here (and
1081                                          * leave it off the LRU).
1082                                          */
1083                                         nr_reclaimed++;
1084                                         continue;
1085                                 }
1086                         }
1087                 }
1088
1089                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1090                         goto keep_locked;
1091
1092                 /*
1093                  * At this point, we have no other references and there is
1094                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1095                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1096                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1097                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1098                  */
1099                 __clear_page_locked(page);
1100 free_it:
1101                 nr_reclaimed++;
1102
1103                 /*
1104                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1105                  * appear not as the counts should be low
1106                  */
1107                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1108                 continue;
1109
1110 cull_mlocked:
1111                 if (PageSwapCache(page))
1112                         try_to_free_swap(page);
1113                 unlock_page(page);
1114                 putback_lru_page(page);
1115                 continue;
1116
1117 activate_locked:
1118                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1119                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
1120                         try_to_free_swap(page);
1121                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1122                 SetPageActive(page);
1123                 pgactivate++;
1124 keep_locked:
1125                 unlock_page(page);
1126 keep:
1127                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1128                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1129         }
1130
1131         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1132
1133         list_splice(&ret_pages, page_list);
1134         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1135         mem_cgroup_uncharge_end();
1136         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1137         *ret_nr_congested += nr_congested;
1138         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1139         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1140         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1141         return nr_reclaimed;
1142 }
1143
1144 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1145                                             struct list_head *page_list)
1146 {
1147         struct scan_control sc = {
1148                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1149                 .priority = DEF_PRIORITY,
1150                 .may_unmap = 1,
1151         };
1152         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1153         struct page *page, *next;
1154         LIST_HEAD(clean_pages);
1155
1156         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1157                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1158                     !isolated_balloon_page(page)) {
1159                         ClearPageActive(page);
1160                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1161                 }
1162         }
1163
1164         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1165                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1166                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1167         list_splice(&clean_pages, page_list);
1168         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1169         return ret;
1170 }
1171
1172 /*
1173  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1174  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1175  * freed elsewhere are also ignored.
1176  *
1177  * page:        page to consider
1178  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1179  *
1180  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1181  */
1182 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1183 {
1184         int ret = -EINVAL;
1185
1186         /* Only take pages on the LRU. */
1187         if (!PageLRU(page))
1188                 return ret;
1189
1190         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1191         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1192                 return ret;
1193
1194         ret = -EBUSY;
1195
1196         /*
1197          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1198          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1199          * blocking - clean pages for the most part.
1200          *
1201          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1202          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1203          *
1204          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1205          * that it is possible to migrate without blocking
1206          */
1207         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1208                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1209                 if (PageWriteback(page))
1210                         return ret;
1211
1212                 if (PageDirty(page)) {
1213                         struct address_space *mapping;
1214
1215                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1216                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1217                                 return ret;
1218
1219                         /*
1220                          * Only pages without mappings or that have a
1221                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1222                          * without blocking
1223                          */
1224                         mapping = page_mapping(page);
1225                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1226                                 return ret;
1227                 }
1228         }
1229
1230         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1231                 return ret;
1232
1233         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1234                 /*
1235                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1236                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1237                  * page release code relies on it.
1238                  */
1239                 ClearPageLRU(page);
1240                 ret = 0;
1241         }
1242
1243         return ret;
1244 }
1245
1246 /*
1247  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1248  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1249  * and working on them outside the LRU lock.
1250  *
1251  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1252  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1253  *
1254  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1255  *
1256  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1257  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1258  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1259  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1260  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1261  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1262  * @lru:        LRU list id for isolating
1263  *
1264  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1265  */
1266 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1267                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1268                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1269                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1270 {
1271         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1272         unsigned long nr_taken = 0;
1273         unsigned long scan;
1274
1275         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1276                 struct page *page;
1277                 int nr_pages;
1278
1279                 page = lru_to_page(src);
1280                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1281
1282                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1283
1284                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1285                 case 0:
1286                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1287                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1288                         list_move(&page->lru, dst);
1289                         nr_taken += nr_pages;
1290                         break;
1291
1292                 case -EBUSY:
1293                         /* else it is being freed elsewhere */
1294                         list_move(&page->lru, src);
1295                         continue;
1296
1297                 default:
1298                         BUG();
1299                 }
1300         }
1301
1302         *nr_scanned = scan;
1303         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1304                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1305         return nr_taken;
1306 }
1307
1308 /**
1309  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1310  * @page: page to isolate from its LRU list
1311  *
1312  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1313  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1314  *
1315  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1316  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1317  *
1318  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1319  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1320  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1321  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1322  *
1323  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1324  * found will be decremented.
1325  *
1326  * Restrictions:
1327  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1328  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1329  *     without a stable reference).
1330  * (2) the lru_lock must not be held.
1331  * (3) interrupts must be enabled.
1332  */
1333 int isolate_lru_page(struct page *page)
1334 {
1335         int ret = -EBUSY;
1336
1337         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1338
1339         if (PageLRU(page)) {
1340                 struct zone *zone = page_zone(page);
1341                 struct lruvec *lruvec;
1342
1343                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1344                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1345                 if (PageLRU(page)) {
1346                         int lru = page_lru(page);
1347                         get_page(page);
1348                         ClearPageLRU(page);
1349                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1350                         ret = 0;
1351                 }
1352                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1353         }
1354         return ret;
1355 }
1356
1357 /*
1358  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1359  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1360  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1361  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1362  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1363  */
1364 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1365                 struct scan_control *sc)
1366 {
1367         unsigned long inactive, isolated;
1368
1369         if (current_is_kswapd())
1370                 return 0;
1371
1372         if (!global_reclaim(sc))
1373                 return 0;
1374
1375         if (file) {
1376                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1377                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1378         } else {
1379                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1380                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1381         }
1382
1383         /*
1384          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1385          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1386          * deadlock.
1387          */
1388         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1389                 inactive >>= 3;
1390
1391         return isolated > inactive;
1392 }
1393
1394 static noinline_for_stack void
1395 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1396 {
1397         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1398         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1399         LIST_HEAD(pages_to_free);
1400
1401         /*
1402          * Put back any unfreeable pages.
1403          */
1404         while (!list_empty(page_list)) {
1405                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1406                 int lru;
1407
1408                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1409                 list_del(&page->lru);
1410                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1411                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1412                         putback_lru_page(page);
1413                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1414                         continue;
1415                 }
1416
1417                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1418
1419                 SetPageLRU(page);
1420                 lru = page_lru(page);
1421                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1422
1423                 if (is_active_lru(lru)) {
1424                         int file = is_file_lru(lru);
1425                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1426                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1427                 }
1428                 if (put_page_testzero(page)) {
1429                         __ClearPageLRU(page);
1430                         __ClearPageActive(page);
1431                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1432
1433                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1434                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1435                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1436                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1437                         } else
1438                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1439                 }
1440         }
1441
1442         /*
1443          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1444          */
1445         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1446 }
1447
1448 /*
1449  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1450  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1451  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1452  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1453  */
1454 static int current_may_throttle(void)
1455 {
1456         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1457                 current->backing_dev_info == NULL ||
1458                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1463  * of reclaimed pages
1464  */
1465 static noinline_for_stack unsigned long
1466 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1467                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1468 {
1469         LIST_HEAD(page_list);
1470         unsigned long nr_scanned;
1471         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1472         unsigned long nr_taken;
1473         unsigned long nr_dirty = 0;
1474         unsigned long nr_congested = 0;
1475         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1476         unsigned long nr_writeback = 0;
1477         unsigned long nr_immediate = 0;
1478         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1479         int file = is_file_lru(lru);
1480         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1481         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1482
1483         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1484                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1485
1486                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1487                 if (fatal_signal_pending(current))
1488                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1489         }
1490
1491         lru_add_drain();
1492
1493         if (!sc->may_unmap)
1494                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1495         if (!sc->may_writepage)
1496                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1497
1498         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1499
1500         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1501                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1502
1503         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1504         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1505
1506         if (global_reclaim(sc)) {
1507                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1508                 if (current_is_kswapd())
1509                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1510                 else
1511                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1512         }
1513         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1514
1515         if (nr_taken == 0)
1516                 return 0;
1517
1518         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1519                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1520                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1521                                 false);
1522
1523         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1524
1525         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1526
1527         if (global_reclaim(sc)) {
1528                 if (current_is_kswapd())
1529                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1530                                                nr_reclaimed);
1531                 else
1532                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1533                                                nr_reclaimed);
1534         }
1535
1536         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1537
1538         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1539
1540         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1541
1542         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1543
1544         /*
1545          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1546          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1547          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1548          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1549          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1550          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1551          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1552          * same way balance_dirty_pages() manages.
1553          *
1554          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1555          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1556          * are encountered in the nr_immediate check below.
1557          */
1558         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1559                 zone_set_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
1560
1561         /*
1562          * memcg will stall in page writeback so only consider forcibly
1563          * stalling for global reclaim
1564          */
1565         if (global_reclaim(sc)) {
1566                 /*
1567                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1568                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1569                  */
1570                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1571                         zone_set_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
1572
1573                 /*
1574                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1575                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1576                  * the zone ZONE_TAIL_LRU_DIRTY and kswapd will start writing
1577                  * pages from reclaim context.
1578                  */
1579                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1580                         zone_set_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
1581
1582                 /*
1583                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1584                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1585                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1586                  * they are written so also forcibly stall.
1587                  */
1588                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1589                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1590         }
1591
1592         /*
1593          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1594          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1595          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1596          */
1597         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1598             current_may_throttle())
1599                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1600
1601         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1602                 zone_idx(zone),
1603                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1604                 sc->priority,
1605                 trace_shrink_flags(file));
1606         return nr_reclaimed;
1607 }
1608
1609 /*
1610  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1611  *
1612  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1613  * processes, from rmap.
1614  *
1615  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1616  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1617  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1618  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1619  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1620  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1621  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1622  *
1623  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1624  * But we had to alter page->flags anyway.
1625  */
1626
1627 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1628                                      struct list_head *list,
1629                                      struct list_head *pages_to_free,
1630                                      enum lru_list lru)
1631 {
1632         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1633         unsigned long pgmoved = 0;
1634         struct page *page;
1635         int nr_pages;
1636
1637         while (!list_empty(list)) {
1638                 page = lru_to_page(list);
1639                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1640
1641                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1642                 SetPageLRU(page);
1643
1644                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1645                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1646                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1647                 pgmoved += nr_pages;
1648
1649                 if (put_page_testzero(page)) {
1650                         __ClearPageLRU(page);
1651                         __ClearPageActive(page);
1652                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1653
1654                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1655                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1656                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1657                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1658                         } else
1659                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1660                 }
1661         }
1662         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1663         if (!is_active_lru(lru))
1664                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1665 }
1666
1667 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1668                                struct lruvec *lruvec,
1669                                struct scan_control *sc,
1670                                enum lru_list lru)
1671 {
1672         unsigned long nr_taken;
1673         unsigned long nr_scanned;
1674         unsigned long vm_flags;
1675         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1676         LIST_HEAD(l_active);
1677         LIST_HEAD(l_inactive);
1678         struct page *page;
1679         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1680         unsigned long nr_rotated = 0;
1681         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1682         int file = is_file_lru(lru);
1683         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1684
1685         lru_add_drain();
1686
1687         if (!sc->may_unmap)
1688                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1689         if (!sc->may_writepage)
1690                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1691
1692         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1693
1694         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1695                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1696         if (global_reclaim(sc))
1697                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1698
1699         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1700
1701         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1702         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1703         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1704         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1705
1706         while (!list_empty(&l_hold)) {
1707                 cond_resched();
1708                 page = lru_to_page(&l_hold);
1709                 list_del(&page->lru);
1710
1711                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1712                         putback_lru_page(page);
1713                         continue;
1714                 }
1715
1716                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1717                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1718                                 if (page_has_private(page))
1719                                         try_to_release_page(page, 0);
1720                                 unlock_page(page);
1721                         }
1722                 }
1723
1724                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1725                                     &vm_flags)) {
1726                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1727                         /*
1728                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1729                          * give them one more trip around the active list. So
1730                          * that executable code get better chances to stay in
1731                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1732                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1733                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1734                          * so we ignore them here.
1735                          */
1736                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1737                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1738                                 continue;
1739                         }
1740                 }
1741
1742                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1743                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1744         }
1745
1746         /*
1747          * Move pages back to the lru list.
1748          */
1749         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1750         /*
1751          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1752          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1753          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1754          * get_scan_ratio.
1755          */
1756         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1757
1758         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1759         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1760         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1761         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1762
1763         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1764 }
1765
1766 #ifdef CONFIG_SWAP
1767 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1768 {
1769         unsigned long active, inactive;
1770
1771         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1772         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1773
1774         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1775                 return 1;
1776
1777         return 0;
1778 }
1779
1780 /**
1781  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1782  * @lruvec: LRU vector to check
1783  *
1784  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1785  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1786  */
1787 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1788 {
1789         /*
1790          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1791          * is pointless.
1792          */
1793         if (!total_swap_pages)
1794                 return 0;
1795
1796         if (!mem_cgroup_disabled())
1797                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1798
1799         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1800 }
1801 #else
1802 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1803 {
1804         return 0;
1805 }
1806 #endif
1807
1808 /**
1809  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1810  * @lruvec: LRU vector to check
1811  *
1812  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1813  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1814  * than half of the file pages are on the inactive list.
1815  *
1816  * Once we get to that situation, protect the system's working
1817  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1818  *
1819  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1820  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1821  */
1822 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1823 {
1824         unsigned long inactive;
1825         unsigned long active;
1826
1827         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1828         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1829
1830         return active > inactive;
1831 }
1832
1833 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1834 {
1835         if (is_file_lru(lru))
1836                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1837         else
1838                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1839 }
1840
1841 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1842                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1843 {
1844         if (is_active_lru(lru)) {
1845                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1846                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1847                 return 0;
1848         }
1849
1850         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1851 }
1852
1853 enum scan_balance {
1854         SCAN_EQUAL,
1855         SCAN_FRACT,
1856         SCAN_ANON,
1857         SCAN_FILE,
1858 };
1859
1860 /*
1861  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1862  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1863  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1864  * onto the active list instead of evict.
1865  *
1866  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1867  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1868  */
1869 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
1870                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr)
1871 {
1872         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1873         u64 fraction[2];
1874         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1875         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1876         unsigned long anon_prio, file_prio;
1877         enum scan_balance scan_balance;
1878         unsigned long anon, file;
1879         bool force_scan = false;
1880         unsigned long ap, fp;
1881         enum lru_list lru;
1882         bool some_scanned;
1883         int pass;
1884
1885         /*
1886          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1887          * results in no scanning on this priority and a potential
1888          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1889          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1890          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1891          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1892          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1893          * well.
1894          */
1895         if (current_is_kswapd() && !zone_reclaimable(zone))
1896                 force_scan = true;
1897         if (!global_reclaim(sc))
1898                 force_scan = true;
1899
1900         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1901         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1902                 scan_balance = SCAN_FILE;
1903                 goto out;
1904         }
1905
1906         /*
1907          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1908          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1909          * disable swapping for individual groups completely when
1910          * using the memory controller's swap limit feature would be
1911          * too expensive.
1912          */
1913         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
1914                 scan_balance = SCAN_FILE;
1915                 goto out;
1916         }
1917
1918         /*
1919          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1920          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1921          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1922          */
1923         if (!sc->priority && swappiness) {
1924                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1925                 goto out;
1926         }
1927
1928         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
1929                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
1930         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
1931                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1932
1933         /*
1934          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
1935          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
1936          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
1937          * shrinks, so does the window for rotation from references.
1938          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
1939          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
1940          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
1941          */
1942         if (global_reclaim(sc)) {
1943                 unsigned long free = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1944
1945                 if (unlikely(file + free <= high_wmark_pages(zone))) {
1946                         scan_balance = SCAN_ANON;
1947                         goto out;
1948                 }
1949         }
1950
1951         /*
1952          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
1953          * anything from the anonymous working set right now.
1954          */
1955         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
1956                 scan_balance = SCAN_FILE;
1957                 goto out;
1958         }
1959
1960         scan_balance = SCAN_FRACT;
1961
1962         /*
1963          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
1964          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
1965          */
1966         anon_prio = swappiness;
1967         file_prio = 200 - anon_prio;
1968
1969         /*
1970          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
1971          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
1972          * ratios to determine how valuable each cache is.
1973          *
1974          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
1975          * we keep these statistics as a floating average, which ends
1976          * up weighing recent references more than old ones.
1977          *
1978          * anon in [0], file in [1]
1979          */
1980         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1981         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
1982                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
1983                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
1984         }
1985
1986         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
1987                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
1988                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
1989         }
1990
1991         /*
1992          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
1993          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
1994          * each list that were recently referenced and in active use.
1995          */
1996         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
1997         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
1998
1999         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2000         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2001         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2002
2003         fraction[0] = ap;
2004         fraction[1] = fp;
2005         denominator = ap + fp + 1;
2006 out:
2007         some_scanned = false;
2008         /* Only use force_scan on second pass. */
2009         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2010                 for_each_evictable_lru(lru) {
2011                         int file = is_file_lru(lru);
2012                         unsigned long size;
2013                         unsigned long scan;
2014
2015                         size = get_lru_size(lruvec, lru);
2016                         scan = size >> sc->priority;
2017
2018                         if (!scan && pass && force_scan)
2019                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2020
2021                         switch (scan_balance) {
2022                         case SCAN_EQUAL:
2023                                 /* Scan lists relative to size */
2024                                 break;
2025                         case SCAN_FRACT:
2026                                 /*
2027                                  * Scan types proportional to swappiness and
2028                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2029                                  */
2030                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2031                                                         denominator);
2032                                 break;
2033                         case SCAN_FILE:
2034                         case SCAN_ANON:
2035                                 /* Scan one type exclusively */
2036                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2037                                         scan = 0;
2038                                 break;
2039                         default:
2040                                 /* Look ma, no brain */
2041                                 BUG();
2042                         }
2043                         nr[lru] = scan;
2044                         /*
2045                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2046                          * if we found something to scan.
2047                          */
2048                         some_scanned |= !!scan;
2049                 }
2050         }
2051 }
2052
2053 /*
2054  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2055  */
2056 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
2057                           struct scan_control *sc)
2058 {
2059         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2060         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2061         unsigned long nr_to_scan;
2062         enum lru_list lru;
2063         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2064         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2065         struct blk_plug plug;
2066         bool scan_adjusted;
2067
2068         get_scan_count(lruvec, swappiness, sc, nr);
2069
2070         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2071         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2072
2073         /*
2074          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2075          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2076          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2077          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2078          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2079          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2080          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2081          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2082          * dropped to zero at the first pass.
2083          */
2084         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2085                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2086
2087         blk_start_plug(&plug);
2088         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2089                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2090                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2091                 unsigned long nr_scanned;
2092
2093                 for_each_evictable_lru(lru) {
2094                         if (nr[lru]) {
2095                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2096                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2097
2098                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2099                                                             lruvec, sc);
2100                         }
2101                 }
2102
2103                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2104                         continue;
2105
2106                 /*
2107                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2108                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2109                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2110                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2111                  * proportional to the original scan target.
2112                  */
2113                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2114                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2115
2116                 /*
2117                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2118                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2119                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2120                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2121                  */
2122                 if (!nr_file || !nr_anon)
2123                         break;
2124
2125                 if (nr_file > nr_anon) {
2126                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2127                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2128                         lru = LRU_BASE;
2129                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2130                 } else {
2131                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2132                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2133                         lru = LRU_FILE;
2134                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2135                 }
2136
2137                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2138                 nr[lru] = 0;
2139                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2140
2141                 /*
2142                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2143                  * scan target and the percentage scanning already complete
2144                  */
2145                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2146                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2147                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2148                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2149
2150                 lru += LRU_ACTIVE;
2151                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2152                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2153                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2154
2155                 scan_adjusted = true;
2156         }
2157         blk_finish_plug(&plug);
2158         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2159
2160         /*
2161          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2162          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2163          */
2164         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2165                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2166                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2167
2168         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2169 }
2170
2171 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2172 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2173 {
2174         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2175                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2176                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2177                 return true;
2178
2179         return false;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2184  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2185  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2186  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2187  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2188  */
2189 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2190                                         unsigned long nr_reclaimed,
2191                                         unsigned long nr_scanned,
2192                                         struct scan_control *sc)
2193 {
2194         unsigned long pages_for_compaction;
2195         unsigned long inactive_lru_pages;
2196
2197         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2198         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2199                 return false;
2200
2201         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2202         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2203                 /*
2204                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2205                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2206                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2207                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2208                  */
2209                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2210                         return false;
2211         } else {
2212                 /*
2213                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2214                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2215                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2216                  * pages that were scanned. This will return to the
2217                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2218                  * the resulting allocation attempt fails
2219                  */
2220                 if (!nr_reclaimed)
2221                         return false;
2222         }
2223
2224         /*
2225          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2226          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2227          */
2228         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2229         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2230         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2231                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2232         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2233                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2234                 return true;
2235
2236         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2237         switch (compaction_suitable(zone, sc->order)) {
2238         case COMPACT_PARTIAL:
2239         case COMPACT_CONTINUE:
2240                 return false;
2241         default:
2242                 return true;
2243         }
2244 }
2245
2246 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2247 {
2248         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2249         bool reclaimable = false;
2250
2251         do {
2252                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2253                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2254                         .zone = zone,
2255                         .priority = sc->priority,
2256                 };
2257                 struct mem_cgroup *memcg;
2258
2259                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2260                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2261
2262                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2263                 do {
2264                         struct lruvec *lruvec;
2265                         int swappiness;
2266
2267                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2268                         swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2269
2270                         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, sc);
2271
2272                         /*
2273                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2274                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2275                          * zone.
2276                          *
2277                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2278                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2279                          * retry with decreasing priority if one round over the
2280                          * whole hierarchy is not sufficient.
2281                          */
2282                         if (!global_reclaim(sc) &&
2283                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2284                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2285                                 break;
2286                         }
2287                         memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim);
2288                 } while (memcg);
2289
2290                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2291                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2292                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2293
2294                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2295                         reclaimable = true;
2296
2297         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2298                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2299
2300         return reclaimable;
2301 }
2302
2303 /* Returns true if compaction should go ahead for a high-order request */
2304 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2305 {
2306         unsigned long balance_gap, watermark;
2307         bool watermark_ok;
2308
2309         /*
2310          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2311          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2312          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2313          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2314          */
2315         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2316                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2317         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2318         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2319
2320         /*
2321          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2322          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2323          */
2324         if (compaction_deferred(zone, order))
2325                 return watermark_ok;
2326
2327         /* If compaction is not ready to start, keep reclaiming */
2328         if (!compaction_suitable(zone, order))
2329                 return false;
2330
2331         return watermark_ok;
2332 }
2333
2334 /*
2335  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2336  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2337  * request.
2338  *
2339  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2340  * Because:
2341  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2342  *    allocation or
2343  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2344  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2345  *    zone defense algorithm.
2346  *
2347  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2348  * scan then give up on it.
2349  *
2350  * Returns true if a zone was reclaimable.
2351  */
2352 static bool shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2353 {
2354         struct zoneref *z;
2355         struct zone *zone;
2356         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2357         unsigned long nr_soft_scanned;
2358         unsigned long lru_pages = 0;
2359         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2360         gfp_t orig_mask;
2361         struct shrink_control shrink = {
2362                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2363         };
2364         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2365         bool reclaimable = false;
2366
2367         /*
2368          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2369          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2370          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2371          */
2372         orig_mask = sc->gfp_mask;
2373         if (buffer_heads_over_limit)
2374                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2375
2376         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2377
2378         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2379                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2380                 if (!populated_zone(zone))
2381                         continue;
2382                 /*
2383                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2384                  * to global LRU.
2385                  */
2386                 if (global_reclaim(sc)) {
2387                         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2388                                 continue;
2389
2390                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
2391                         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2392
2393                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2394                             !zone_reclaimable(zone))
2395                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2396
2397                         /*
2398                          * If we already have plenty of memory free for
2399                          * compaction in this zone, don't free any more.
2400                          * Even though compaction is invoked for any
2401                          * non-zero order, only frequent costly order
2402                          * reclamation is disruptive enough to become a
2403                          * noticeable problem, like transparent huge
2404                          * page allocations.
2405                          */
2406                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2407                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2408                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2409                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2410                                 sc->compaction_ready = true;
2411                                 continue;
2412                         }
2413
2414                         /*
2415                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2416                          * and returns the number of reclaimed pages and
2417                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2418                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2419                          */
2420                         nr_soft_scanned = 0;
2421                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2422                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2423                                                 &nr_soft_scanned);
2424                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2425                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2426                         if (nr_soft_reclaimed)
2427                                 reclaimable = true;
2428                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2429                 }
2430
2431                 if (shrink_zone(zone, sc))
2432                         reclaimable = true;
2433
2434                 if (global_reclaim(sc) &&
2435                     !reclaimable && zone_reclaimable(zone))
2436                         reclaimable = true;
2437         }
2438
2439         /*
2440          * Don't shrink slabs when reclaiming memory from over limit cgroups
2441          * but do shrink slab at least once when aborting reclaim for
2442          * compaction to avoid unevenly scanning file/anon LRU pages over slab
2443          * pages.
2444          */
2445         if (global_reclaim(sc)) {
2446                 shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2447                 if (reclaim_state) {
2448                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2449                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2450                 }
2451         }
2452
2453         /*
2454          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2455          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2456          */
2457         sc->gfp_mask = orig_mask;
2458
2459         return reclaimable;
2460 }
2461
2462 /*
2463  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2464  *
2465  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2466  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2467  *
2468  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2469  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2470  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2471  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2472  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2473  * work, and the allocation attempt will fail.
2474  *
2475  * returns:     0, if no pages reclaimed
2476  *              else, the number of pages reclaimed
2477  */
2478 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2479                                           struct scan_control *sc)
2480 {
2481         unsigned long total_scanned = 0;
2482         unsigned long writeback_threshold;
2483         bool zones_reclaimable;
2484
2485         delayacct_freepages_start();
2486
2487         if (global_reclaim(sc))
2488                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2489
2490         do {
2491                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2492                                 sc->priority);
2493                 sc->nr_scanned = 0;
2494                 zones_reclaimable = shrink_zones(zonelist, sc);
2495
2496                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2497                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2498                         break;
2499
2500                 if (sc->compaction_ready)
2501                         break;
2502
2503                 /*
2504                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2505                  * writepage even in laptop mode.
2506                  */
2507                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2508                         sc->may_writepage = 1;
2509
2510                 /*
2511                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2512                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2513                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2514                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2515                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2516                  */
2517                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2518                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2519                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2520                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2521                         sc->may_writepage = 1;
2522                 }
2523         } while (--sc->priority >= 0);
2524
2525         delayacct_freepages_end();
2526
2527         if (sc->nr_reclaimed)
2528                 return sc->nr_reclaimed;
2529
2530         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2531         if (sc->compaction_ready)
2532                 return 1;
2533
2534         /* Any of the zones still reclaimable?  Don't OOM. */
2535         if (zones_reclaimable)
2536                 return 1;
2537
2538         return 0;
2539 }
2540
2541 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2542 {
2543         struct zone *zone;
2544         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2545         unsigned long free_pages = 0;
2546         int i;
2547         bool wmark_ok;
2548
2549         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2550                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2551                 if (!populated_zone(zone))
2552                         continue;
2553
2554                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2555                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2556         }
2557
2558         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2559         if (!pfmemalloc_reserve)
2560                 return true;
2561
2562         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2563
2564         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2565         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2566                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2567                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2568                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2569         }
2570
2571         return wmark_ok;
2572 }
2573
2574 /*
2575  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2576  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2577  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2578  * when the low watermark is reached.
2579  *
2580  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2581  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2582  */
2583 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2584                                         nodemask_t *nodemask)
2585 {
2586         struct zoneref *z;
2587         struct zone *zone;
2588         pg_data_t *pgdat = NULL;
2589
2590         /*
2591          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2592          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2593          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2594          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2595          * processes to block on log_wait_commit().
2596          */
2597         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2598                 goto out;
2599
2600         /*
2601          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2602          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2603          */
2604         if (fatal_signal_pending(current))
2605                 goto out;
2606
2607         /*
2608          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2609          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2610          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2611          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2612          *
2613          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2614          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2615          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2616          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2617          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2618          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2619          * should make reasonable progress.
2620          */
2621         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2622                                         gfp_mask, nodemask) {
2623                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2624                         continue;
2625
2626                 /* Throttle based on the first usable node */
2627                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2628                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2629                         goto out;
2630                 break;
2631         }
2632
2633         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2634         if (!pgdat)
2635                 goto out;
2636
2637         /* Account for the throttling */
2638         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2639
2640         /*
2641          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2642          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2643          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2644          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2645          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2646          * second before continuing.
2647          */
2648         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2649                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2650                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2651
2652                 goto check_pending;
2653         }
2654
2655         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2656         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2657                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2658
2659 check_pending:
2660         if (fatal_signal_pending(current))
2661                 return true;
2662
2663 out:
2664         return false;
2665 }
2666
2667 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2668                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2669 {
2670         unsigned long nr_reclaimed;
2671         struct scan_control sc = {
2672                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2673                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2674                 .order = order,
2675                 .nodemask = nodemask,
2676                 .priority = DEF_PRIORITY,
2677                 .may_writepage = !laptop_mode,
2678                 .may_unmap = 1,
2679                 .may_swap = 1,
2680         };
2681
2682         /*
2683          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2684          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2685          * point.
2686          */
2687         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2688                 return 1;
2689
2690         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2691                                 sc.may_writepage,
2692                                 gfp_mask);
2693
2694         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2695
2696         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2697
2698         return nr_reclaimed;
2699 }
2700
2701 #ifdef CONFIG_MEMCG
2702
2703 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2704                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2705                                                 struct zone *zone,
2706                                                 unsigned long *nr_scanned)
2707 {
2708         struct scan_control sc = {
2709                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2710                 .target_mem_cgroup = memcg,
2711                 .may_writepage = !laptop_mode,
2712                 .may_unmap = 1,
2713                 .may_swap = !noswap,
2714         };
2715         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2716         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2717
2718         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2719                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2720
2721         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2722                                                       sc.may_writepage,
2723                                                       sc.gfp_mask);
2724
2725         /*
2726          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2727          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2728          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2729          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2730          * the priority and make it zero.
2731          */
2732         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, &sc);
2733
2734         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2735
2736         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2737         return sc.nr_reclaimed;
2738 }
2739
2740 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2741                                            gfp_t gfp_mask,
2742                                            bool noswap)
2743 {
2744         struct zonelist *zonelist;
2745         unsigned long nr_reclaimed;
2746         int nid;
2747         struct scan_control sc = {
2748                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2749                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2750                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2751                 .target_mem_cgroup = memcg,
2752                 .priority = DEF_PRIORITY,
2753                 .may_writepage = !laptop_mode,
2754                 .may_unmap = 1,
2755                 .may_swap = !noswap,
2756         };
2757
2758         /*
2759          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2760          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2761          * scan does not need to be the current node.
2762          */
2763         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2764
2765         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2766
2767         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2768                                             sc.may_writepage,
2769                                             sc.gfp_mask);
2770
2771         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2772
2773         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2774
2775         return nr_reclaimed;
2776 }
2777 #endif
2778
2779 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2780 {
2781         struct mem_cgroup *memcg;
2782
2783         if (!total_swap_pages)
2784                 return;
2785
2786         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2787         do {
2788                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2789
2790                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2791                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2792                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2793
2794                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2795         } while (memcg);
2796 }
2797
2798 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2799                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2800 {
2801         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2802                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2803                 return false;
2804
2805         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order &&
2806             !compaction_suitable(zone, order))
2807                 return false;
2808
2809         return true;
2810 }
2811
2812 /*
2813  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2814  *
2815  * For order-0, all zones must be balanced!
2816  *
2817  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2818  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2819  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2820  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2821  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2822  * imbalanced zones.
2823  * The choice of 25% is due to
2824  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2825  *     reasonable sized machine
2826  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2827  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2828  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2829  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2830  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2831  */
2832 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2833 {
2834         unsigned long managed_pages = 0;
2835         unsigned long balanced_pages = 0;
2836         int i;
2837
2838         /* Check the watermark levels */
2839         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2840                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2841
2842                 if (!populated_zone(zone))
2843                         continue;
2844
2845                 managed_pages += zone->managed_pages;
2846
2847                 /*
2848                  * A special case here:
2849                  *
2850                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2851                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2852                  * they must be considered balanced here as well!
2853                  */
2854                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2855                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2856                         continue;
2857                 }
2858
2859                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2860                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2861                 else if (!order)
2862                         return false;
2863         }
2864
2865         if (order)
2866                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2867         else
2868                 return true;
2869 }
2870
2871 /*
2872  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2873  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2874  *
2875  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2876  */
2877 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2878                                         int classzone_idx)
2879 {
2880         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2881         if (remaining)
2882                 return false;
2883
2884         /*
2885          * There is a potential race between when kswapd checks its watermarks
2886          * and a process gets throttled. There is also a potential race if
2887          * processes get throttled, kswapd wakes, a large process exits therby
2888          * balancing the zones that causes kswapd to miss a wakeup. If kswapd
2889          * is going to sleep, no process should be sleeping on pfmemalloc_wait
2890          * so wake them now if necessary. If necessary, processes will wake
2891          * kswapd and get throttled again
2892          */
2893         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait)) {
2894                 wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2895                 return false;
2896         }
2897
2898         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
2903  * the high watermark.
2904  *
2905  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
2906  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
2907  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
2908  */
2909 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
2910                                int classzone_idx,
2911                                struct scan_control *sc,
2912                                unsigned long lru_pages,
2913                                unsigned long *nr_attempted)
2914 {
2915         int testorder = sc->order;
2916         unsigned long balance_gap;
2917         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2918         struct shrink_control shrink = {
2919                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2920         };
2921         bool lowmem_pressure;
2922
2923         /* Reclaim above the high watermark. */
2924         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
2925
2926         /*
2927          * Kswapd reclaims only single pages with compaction enabled. Trying
2928          * too hard to reclaim until contiguous free pages have become
2929          * available can hurt performance by evicting too much useful data
2930          * from memory. Do not reclaim more than needed for compaction.
2931          */
2932         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2933                         compaction_suitable(zone, sc->order) !=
2934                                 COMPACT_SKIPPED)
2935                 testorder = 0;
2936
2937         /*
2938          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
2939          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
2940          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
2941          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
2942          */
2943         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2944                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2945
2946         /*
2947          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
2948          * reclaim is necessary
2949          */
2950         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
2951         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder,
2952                                                 balance_gap, classzone_idx))
2953                 return true;
2954
2955         shrink_zone(zone, sc);
2956         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2957         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2958
2959         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2960         shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2961         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2962
2963         /* Account for the number of pages attempted to reclaim */
2964         *nr_attempted += sc->nr_to_reclaim;
2965
2966         zone_clear_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
2967
2968         /*
2969          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
2970          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
2971          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
2972          * waits.
2973          */
2974         if (zone_reclaimable(zone) &&
2975             zone_balanced(zone, testorder, 0, classzone_idx)) {
2976                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
2977                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
2978         }
2979
2980         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
2981 }
2982
2983 /*
2984  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
2985  * they are all at high_wmark_pages(zone).
2986  *
2987  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
2988  *
2989  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
2990  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
2991  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
2992  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
2993  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
2994  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
2995  * the zone for when the problem goes away.
2996  *
2997  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
2998  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
2999  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3000  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3001  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3002  * of pages is balanced across the zones.
3003  */
3004 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
3005                                                         int *classzone_idx)
3006 {
3007         int i;
3008         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3009         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3010         unsigned long nr_soft_scanned;
3011         struct scan_control sc = {
3012                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3013                 .order = order,
3014                 .priority = DEF_PRIORITY,
3015                 .may_writepage = !laptop_mode,
3016                 .may_unmap = 1,
3017                 .may_swap = 1,
3018         };
3019         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3020
3021         do {
3022                 unsigned long lru_pages = 0;
3023                 unsigned long nr_attempted = 0;
3024                 bool raise_priority = true;
3025                 bool pgdat_needs_compaction = (order > 0);
3026
3027                 sc.nr_reclaimed = 0;
3028
3029                 /*
3030                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3031                  * zone which needs scanning
3032                  */
3033                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3034                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3035
3036                         if (!populated_zone(zone))
3037                                 continue;
3038
3039                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3040                             !zone_reclaimable(zone))
3041                                 continue;
3042
3043                         /*
3044                          * Do some background aging of the anon list, to give
3045                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3046                          */
3047                         age_active_anon(zone, &sc);
3048
3049                         /*
3050                          * If the number of buffer_heads in the machine
3051                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3052                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3053                          * it to relieve lowmem pressure.
3054                          */
3055                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3056                                 end_zone = i;
3057                                 break;
3058                         }
3059
3060                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
3061                                 end_zone = i;
3062                                 break;
3063                         } else {
3064                                 /*
3065                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3066                                  * flags
3067                                  */
3068                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
3069                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
3070                         }
3071                 }
3072
3073                 if (i < 0)
3074                         goto out;
3075
3076                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3077                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3078
3079                         if (!populated_zone(zone))
3080                                 continue;
3081
3082                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
3083
3084                         /*
3085                          * If any zone is currently balanced then kswapd will
3086                          * not call compaction as it is expected that the
3087                          * necessary pages are already available.
3088                          */
3089                         if (pgdat_needs_compaction &&
3090                                         zone_watermark_ok(zone, order,
3091                                                 low_wmark_pages(zone),
3092                                                 *classzone_idx, 0))
3093                                 pgdat_needs_compaction = false;
3094                 }
3095
3096                 /*
3097                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3098                  * even in laptop mode.
3099                  */
3100                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3101                         sc.may_writepage = 1;
3102
3103                 /*
3104                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3105                  * at the last zone which needs scanning.
3106                  *
3107                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3108                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3109                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3110                  * cause too much scanning of the lower zones.
3111                  */
3112                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3113                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3114
3115                         if (!populated_zone(zone))
3116                                 continue;
3117
3118                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3119                             !zone_reclaimable(zone))
3120                                 continue;
3121
3122                         sc.nr_scanned = 0;
3123
3124                         nr_soft_scanned = 0;
3125                         /*
3126                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3127                          */
3128                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3129                                                         order, sc.gfp_mask,
3130                                                         &nr_soft_scanned);
3131                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3132
3133                         /*
3134                          * There should be no need to raise the scanning
3135                          * priority if enough pages are already being scanned
3136                          * that that high watermark would be met at 100%
3137                          * efficiency.
3138                          */
3139                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc,
3140                                         lru_pages, &nr_attempted))
3141                                 raise_priority = false;
3142                 }
3143
3144                 /*
3145                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3146                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3147                  * able to safely make forward progress. Wake them
3148                  */
3149                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3150                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3151                         wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3152
3153                 /*
3154                  * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced
3155                  * for high-order allocations in all zones. If twice the
3156                  * allocation size has been reclaimed and the zones are still
3157                  * not balanced then recheck the watermarks at order-0 to
3158                  * prevent kswapd reclaiming excessively. Assume that a
3159                  * process requested a high-order can direct reclaim/compact.
3160                  */
3161                 if (order && sc.nr_reclaimed >= 2UL << order)
3162                         order = sc.order = 0;
3163
3164                 /* Check if kswapd should be suspending */
3165                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3166                         break;
3167
3168                 /*
3169                  * Compact if necessary and kswapd is reclaiming at least the
3170                  * high watermark number of pages as requsted
3171                  */
3172                 if (pgdat_needs_compaction && sc.nr_reclaimed > nr_attempted)
3173                         compact_pgdat(pgdat, order);
3174
3175                 /*
3176                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3177                  * progress in reclaiming pages
3178                  */
3179                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3180                         sc.priority--;
3181         } while (sc.priority >= 1 &&
3182                  !pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx));
3183
3184 out:
3185         /*
3186          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
3187          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
3188          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
3189          * was awake, order will remain at the higher level
3190          */
3191         *classzone_idx = end_zone;
3192         return order;
3193 }
3194
3195 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3196 {
3197         long remaining = 0;
3198         DEFINE_WAIT(wait);
3199
3200         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3201                 return;
3202
3203         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3204
3205         /* Try to sleep for a short interval */
3206         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3207                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3208                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3209                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3210         }
3211
3212         /*
3213          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3214          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3215          */
3216         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3217                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3218
3219                 /*
3220                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3221                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3222                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3223                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3224                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3225                  * them before going back to sleep.
3226                  */
3227                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3228
3229                 /*
3230                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3231                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3232                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3233                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3234                  */
3235                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3236
3237                 if (!kthread_should_stop())
3238                         schedule();
3239
3240                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3241         } else {
3242                 if (remaining)
3243                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3244                 else
3245                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3246         }
3247         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3248 }
3249
3250 /*
3251  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3252  * from the init process.
3253  *
3254  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3255  * free memory available even if there is no other activity
3256  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3257  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3258  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3259  *
3260  * If there are applications that are active memory-allocators
3261  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3262  */
3263 static int kswapd(void *p)
3264 {
3265         unsigned long order, new_order;
3266         unsigned balanced_order;
3267         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3268         int balanced_classzone_idx;
3269         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3270         struct task_struct *tsk = current;
3271
3272         struct reclaim_state reclaim_state = {
3273                 .reclaimed_slab = 0,
3274         };
3275         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3276
3277         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3278
3279         if (!cpumask_empty(cpumask))
3280                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3281         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3282
3283         /*
3284          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3285          * and that if we need more memory we should get access to it
3286          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3287          * never get caught in the normal page freeing logic.
3288          *
3289          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3290          * you need a small amount of memory in order to be able to
3291          * page out something else, and this flag essentially protects
3292          * us from recursively trying to free more memory as we're
3293          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3294          */
3295         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3296         set_freezable();
3297
3298         order = new_order = 0;
3299         balanced_order = 0;
3300         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3301         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3302         for ( ; ; ) {
3303                 bool ret;
3304
3305                 /*
3306                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3307                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3308                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3309                  */
3310                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3311                                         balanced_order == new_order) {
3312                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3313                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3314                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3315                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3316                 }
3317
3318                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3319                         /*
3320                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3321                          * allocation or has tigher zone constraints
3322                          */
3323                         order = new_order;
3324                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3325                 } else {
3326                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3327                                                 balanced_classzone_idx);
3328                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3329                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3330                         new_order = order;
3331                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3332                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3333                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3334                 }
3335
3336                 ret = try_to_freeze();
3337                 if (kthread_should_stop())
3338                         break;
3339
3340                 /*
3341                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3342                  * after returning from the refrigerator
3343                  */
3344                 if (!ret) {
3345                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3346                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3347                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3348                                                 &balanced_classzone_idx);
3349                 }
3350         }
3351
3352         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3353         current->reclaim_state = NULL;
3354         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3355
3356         return 0;
3357 }
3358
3359 /*
3360  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3361  */
3362 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3363 {
3364         pg_data_t *pgdat;
3365
3366         if (!populated_zone(zone))
3367                 return;
3368
3369         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
3370                 return;
3371         pgdat = zone->zone_pgdat;
3372         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3373                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3374                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3375         }
3376         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3377                 return;
3378         if (zone_balanced(zone, order, 0, 0))
3379                 return;
3380
3381         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3382         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3383 }
3384
3385 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3386 /*
3387  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3388  * freed pages.
3389  *
3390  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3391  * LRU order by reclaiming preferentially
3392  * inactive > active > active referenced > active mapped
3393  */
3394 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3395 {
3396         struct reclaim_state reclaim_state;
3397         struct scan_control sc = {
3398                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3399                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3400                 .priority = DEF_PRIORITY,
3401                 .may_writepage = 1,
3402                 .may_unmap = 1,
3403                 .may_swap = 1,
3404                 .hibernation_mode = 1,
3405         };
3406         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3407         struct task_struct *p = current;
3408         unsigned long nr_reclaimed;
3409
3410         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3411         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3412         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3413         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3414
3415         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3416
3417         p->reclaim_state = NULL;
3418         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3419         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3420
3421         return nr_reclaimed;
3422 }
3423 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3424
3425 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3426    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3427    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3428    restore their cpu bindings. */
3429 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3430                         void *hcpu)
3431 {
3432         int nid;
3433
3434         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3435                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3436                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3437                         const struct cpumask *mask;
3438
3439                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3440
3441                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3442                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3443                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3444                 }
3445         }
3446         return NOTIFY_OK;
3447 }
3448
3449 /*
3450  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3451  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3452  */
3453 int kswapd_run(int nid)
3454 {
3455         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3456         int ret = 0;
3457
3458         if (pgdat->kswapd)
3459                 return 0;
3460
3461         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3462         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3463                 /* failure at boot is fatal */
3464                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3465                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3466                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3467                 pgdat->kswapd = NULL;
3468         }
3469         return ret;
3470 }
3471
3472 /*
3473  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3474  * hold mem_hotplug_begin/end().
3475  */
3476 void kswapd_stop(int nid)
3477 {
3478         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3479
3480         if (kswapd) {
3481                 kthread_stop(kswapd);
3482                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3483         }
3484 }
3485
3486 static int __init kswapd_init(void)
3487 {
3488         int nid;
3489
3490         swap_setup();
3491         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3492                 kswapd_run(nid);
3493         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3494         return 0;
3495 }
3496
3497 module_init(kswapd_init)
3498
3499 #ifdef CONFIG_NUMA
3500 /*
3501  * Zone reclaim mode
3502  *
3503  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3504  * the watermarks.
3505  */
3506 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3507
3508 #define RECLAIM_OFF 0
3509 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3510 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3511 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3512
3513 /*
3514  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3515  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3516  * a zone.
3517  */
3518 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3519
3520 /*
3521  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3522  * occur.
3523  */
3524 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3525
3526 /*
3527  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3528  * slab reclaim needs to occur.
3529  */
3530 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3531
3532 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3533 {
3534         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3535         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3536                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3537
3538         /*
3539          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3540          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3541          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3542          */
3543         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3544 }
3545
3546 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3547 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3548 {
3549         long nr_pagecache_reclaimable;
3550         long delta = 0;
3551
3552         /*
3553          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3554          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3555          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3556          * a better estimate
3557          */
3558         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3559                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3560         else
3561                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3562
3563         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3564         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3565                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3566
3567         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3568         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3569                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3570
3571         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3572 }
3573
3574 /*
3575  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3576  */
3577 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3578 {
3579         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3580         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3581         struct task_struct *p = current;
3582         struct reclaim_state reclaim_state;
3583         struct scan_control sc = {
3584                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3585                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3586                 .order = order,
3587                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3588                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3589                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3590                 .may_swap = 1,
3591         };
3592         struct shrink_control shrink = {
3593                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
3594         };
3595         unsigned long nr_slab_pages0, nr_slab_pages1;
3596
3597         cond_resched();
3598         /*
3599          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3600          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3601          * and RECLAIM_SWAP.
3602          */
3603         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3604         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3605         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3606         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3607
3608         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3609                 /*
3610                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3611                  * priorities until we have enough memory freed.
3612                  */
3613                 do {
3614                         shrink_zone(zone, &sc);
3615                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3616         }
3617
3618         nr_slab_pages0 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3619         if (nr_slab_pages0 > zone->min_slab_pages) {
3620                 /*
3621                  * shrink_slab() does not currently allow us to determine how
3622                  * many pages were freed in this zone. So we take the current
3623                  * number of slab pages and shake the slab until it is reduced
3624                  * by the same nr_pages that we used for reclaiming unmapped
3625                  * pages.
3626                  */
3627                 nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
3628                 node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
3629                 for (;;) {
3630                         unsigned long lru_pages = zone_reclaimable_pages(zone);
3631
3632                         /* No reclaimable slab or very low memory pressure */
3633                         if (!shrink_slab(&shrink, sc.nr_scanned, lru_pages))
3634                                 break;
3635
3636                         /* Freed enough memory */
3637                         nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone,
3638                                                         NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3639                         if (nr_slab_pages1 + nr_pages <= nr_slab_pages0)
3640                                 break;
3641                 }
3642
3643                 /*
3644                  * Update nr_reclaimed by the number of slab pages we
3645                  * reclaimed from this zone.
3646                  */
3647                 nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3648                 if (nr_slab_pages1 < nr_slab_pages0)
3649                         sc.nr_reclaimed += nr_slab_pages0 - nr_slab_pages1;
3650         }
3651
3652         p->reclaim_state = NULL;
3653         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3654         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3655         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3656 }
3657
3658 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3659 {
3660         int node_id;
3661         int ret;
3662
3663         /*
3664          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3665          * slab pages if we are over the defined limits.
3666          *
3667          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3668          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3669          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3670          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3671          * unmapped file backed pages.
3672          */
3673         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3674             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3675                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3676
3677         if (!zone_reclaimable(zone))
3678                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3679
3680         /*
3681          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3682          */
3683         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3684                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3685
3686         /*
3687          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3688          * have associated processors. This will favor the local processor
3689          * over remote processors and spread off node memory allocations
3690          * as wide as possible.
3691          */
3692         node_id = zone_to_nid(zone);
3693         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3694                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3695
3696         if (zone_test_and_set_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED))
3697                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3698
3699         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3700         zone_clear_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED);
3701
3702         if (!ret)
3703                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3704
3705         return ret;
3706 }
3707 #endif
3708
3709 /*
3710  * page_evictable - test whether a page is evictable
3711  * @page: the page to test
3712  *
3713  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3714  * lists vs unevictable list.
3715  *
3716  * Reasons page might not be evictable:
3717  * (1) page's mapping marked unevictable
3718  * (2) page is part of an mlocked VMA
3719  *
3720  */
3721 int page_evictable(struct page *page)
3722 {
3723         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3724 }
3725
3726 #ifdef CONFIG_SHMEM
3727 /**
3728  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3729  * @pages:      array of pages to check
3730  * @nr_pages:   number of pages to check
3731  *
3732  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3733  *
3734  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3735  */
3736 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3737 {
3738         struct lruvec *lruvec;
3739         struct zone *zone = NULL;
3740         int pgscanned = 0;
3741         int pgrescued = 0;
3742         int i;
3743
3744         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3745                 struct page *page = pages[i];
3746                 struct zone *pagezone;
3747
3748                 pgscanned++;
3749                 pagezone = page_zone(page);
3750                 if (pagezone != zone) {
3751                         if (zone)
3752                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3753                         zone = pagezone;
3754                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3755                 }
3756                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3757
3758                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3759                         continue;
3760
3761                 if (page_evictable(page)) {
3762                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3763
3764                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3765                         ClearPageUnevictable(page);
3766                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3767                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3768                         pgrescued++;
3769                 }
3770         }
3771
3772         if (zone) {
3773                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3774                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3775                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3776         }
3777 }
3778 #endif /* CONFIG_SHMEM */
3779
3780 static void warn_scan_unevictable_pages(void)
3781 {
3782         printk_once(KERN_WARNING
3783                     "%s: The scan_unevictable_pages sysctl/node-interface has been "
3784                     "disabled for lack of a legitimate use case.  If you have "
3785                     "one, please send an email to linux-mm@kvack.org.\n",
3786                     current->comm);
3787 }
3788
3789 /*
3790  * scan_unevictable_pages [vm] sysctl handler.  On demand re-scan of
3791  * all nodes' unevictable lists for evictable pages
3792  */
3793 unsigned long scan_unevictable_pages;
3794
3795 int scan_unevictable_handler(struct ctl_table *table, int write,
3796                            void __user *buffer,
3797                            size_t *length, loff_t *ppos)
3798 {
3799         warn_scan_unevictable_pages();
3800         proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
3801         scan_unevictable_pages = 0;
3802         return 0;
3803 }
3804
3805 #ifdef CONFIG_NUMA
3806 /*
3807  * per node 'scan_unevictable_pages' attribute.  On demand re-scan of
3808  * a specified node's per zone unevictable lists for evictable pages.
3809  */
3810
3811 static ssize_t read_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3812                                           struct device_attribute *attr,
3813                                           char *buf)
3814 {
3815         warn_scan_unevictable_pages();
3816         return sprintf(buf, "0\n");     /* always zero; should fit... */
3817 }
3818
3819 static ssize_t write_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3820                                            struct device_attribute *attr,
3821                                         const char *buf, size_t count)
3822 {
3823         warn_scan_unevictable_pages();
3824         return 1;
3825 }
3826
3827
3828 static DEVICE_ATTR(scan_unevictable_pages, S_IRUGO | S_IWUSR,
3829                         read_scan_unevictable_node,
3830                         write_scan_unevictable_node);
3831
3832 int scan_unevictable_register_node(struct node *node)
3833 {
3834         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3835 }
3836
3837 void scan_unevictable_unregister_node(struct node *node)
3838 {
3839         device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3840 }
3841 #endif