Merge tag 'x86_mm_for_6.2_v2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tip/tip
[linux-block.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/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 buffer_heads_over_limit */
30 #include <linux/mm_inline.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/rmap.h>
33 #include <linux/topology.h>
34 #include <linux/cpu.h>
35 #include <linux/cpuset.h>
36 #include <linux/compaction.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/rwsem.h>
39 #include <linux/delay.h>
40 #include <linux/kthread.h>
41 #include <linux/freezer.h>
42 #include <linux/memcontrol.h>
43 #include <linux/migrate.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/memory-tiers.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/pagewalk.h>
54 #include <linux/shmem_fs.h>
55 #include <linux/ctype.h>
56 #include <linux/debugfs.h>
57 #include <linux/khugepaged.h>
58
59 #include <asm/tlbflush.h>
60 #include <asm/div64.h>
61
62 #include <linux/swapops.h>
63 #include <linux/balloon_compaction.h>
64 #include <linux/sched/sysctl.h>
65
66 #include "internal.h"
67 #include "swap.h"
68
69 #define CREATE_TRACE_POINTS
70 #include <trace/events/vmscan.h>
71
72 struct scan_control {
73         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
74         unsigned long nr_to_reclaim;
75
76         /*
77          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
78          * are scanned.
79          */
80         nodemask_t      *nodemask;
81
82         /*
83          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
84          * primary target of this reclaim invocation.
85          */
86         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
87
88         /*
89          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
90          */
91         unsigned long   anon_cost;
92         unsigned long   file_cost;
93
94         /* Can active folios be deactivated as part of reclaim? */
95 #define DEACTIVATE_ANON 1
96 #define DEACTIVATE_FILE 2
97         unsigned int may_deactivate:2;
98         unsigned int force_deactivate:1;
99         unsigned int skipped_deactivate:1;
100
101         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
102         unsigned int may_writepage:1;
103
104         /* Can mapped folios be reclaimed? */
105         unsigned int may_unmap:1;
106
107         /* Can folios be swapped as part of reclaim? */
108         unsigned int may_swap:1;
109
110         /* Proactive reclaim invoked by userspace through memory.reclaim */
111         unsigned int proactive:1;
112
113         /*
114          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
115          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
116          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
117          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
118          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
119          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
120          */
121         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
122         unsigned int memcg_low_skipped:1;
123
124         unsigned int hibernation_mode:1;
125
126         /* One of the zones is ready for compaction */
127         unsigned int compaction_ready:1;
128
129         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
130         unsigned int cache_trim_mode:1;
131
132         /* The file folios on the current node are dangerously low */
133         unsigned int file_is_tiny:1;
134
135         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
136         unsigned int no_demotion:1;
137
138 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
139         /* help kswapd make better choices among multiple memcgs */
140         unsigned int memcgs_need_aging:1;
141         unsigned long last_reclaimed;
142 #endif
143
144         /* Allocation order */
145         s8 order;
146
147         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
148         s8 priority;
149
150         /* The highest zone to isolate folios for reclaim from */
151         s8 reclaim_idx;
152
153         /* This context's GFP mask */
154         gfp_t gfp_mask;
155
156         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
157         unsigned long nr_scanned;
158
159         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
160         unsigned long nr_reclaimed;
161
162         struct {
163                 unsigned int dirty;
164                 unsigned int unqueued_dirty;
165                 unsigned int congested;
166                 unsigned int writeback;
167                 unsigned int immediate;
168                 unsigned int file_taken;
169                 unsigned int taken;
170         } nr;
171
172         /* for recording the reclaimed slab by now */
173         struct reclaim_state reclaim_state;
174 };
175
176 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
177 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field)                 \
178         do {                                                            \
179                 if ((_folio)->lru.prev != _base) {                      \
180                         struct folio *prev;                             \
181                                                                         \
182                         prev = lru_to_folio(&(_folio->lru));            \
183                         prefetchw(&prev->_field);                       \
184                 }                                                       \
185         } while (0)
186 #else
187 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field) do { } while (0)
188 #endif
189
190 /*
191  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
192  */
193 int vm_swappiness = 60;
194
195 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
196                                    struct reclaim_state *rs)
197 {
198         /* Check for an overwrite */
199         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
200
201         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
202         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
203
204         task->reclaim_state = rs;
205 }
206
207 LIST_HEAD(shrinker_list);
208 DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
209
210 #ifdef CONFIG_MEMCG
211 static int shrinker_nr_max;
212
213 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
214 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
215 {
216         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
217 }
218
219 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
220 {
221         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
222 }
223
224 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
225                                                      int nid)
226 {
227         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
228                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
229 }
230
231 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
232                                     int map_size, int defer_size,
233                                     int old_map_size, int old_defer_size)
234 {
235         struct shrinker_info *new, *old;
236         struct mem_cgroup_per_node *pn;
237         int nid;
238         int size = map_size + defer_size;
239
240         for_each_node(nid) {
241                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
242                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
243                 /* Not yet online memcg */
244                 if (!old)
245                         return 0;
246
247                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
248                 if (!new)
249                         return -ENOMEM;
250
251                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
252                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
253
254                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
255                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
256                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
257                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
258                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
259                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
260                        defer_size - old_defer_size);
261
262                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
263                 kvfree_rcu(old, rcu);
264         }
265
266         return 0;
267 }
268
269 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
270 {
271         struct mem_cgroup_per_node *pn;
272         struct shrinker_info *info;
273         int nid;
274
275         for_each_node(nid) {
276                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
277                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
278                 kvfree(info);
279                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
280         }
281 }
282
283 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
284 {
285         struct shrinker_info *info;
286         int nid, size, ret = 0;
287         int map_size, defer_size = 0;
288
289         down_write(&shrinker_rwsem);
290         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
291         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
292         size = map_size + defer_size;
293         for_each_node(nid) {
294                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
295                 if (!info) {
296                         free_shrinker_info(memcg);
297                         ret = -ENOMEM;
298                         break;
299                 }
300                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
301                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
302                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
303         }
304         up_write(&shrinker_rwsem);
305
306         return ret;
307 }
308
309 static inline bool need_expand(int nr_max)
310 {
311         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
312                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
313 }
314
315 static int expand_shrinker_info(int new_id)
316 {
317         int ret = 0;
318         int new_nr_max = new_id + 1;
319         int map_size, defer_size = 0;
320         int old_map_size, old_defer_size = 0;
321         struct mem_cgroup *memcg;
322
323         if (!need_expand(new_nr_max))
324                 goto out;
325
326         if (!root_mem_cgroup)
327                 goto out;
328
329         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
330
331         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
332         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
333         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
334         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
335
336         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
337         do {
338                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
339                                                old_map_size, old_defer_size);
340                 if (ret) {
341                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
342                         goto out;
343                 }
344         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
345 out:
346         if (!ret)
347                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
348
349         return ret;
350 }
351
352 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
353 {
354         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
355                 struct shrinker_info *info;
356
357                 rcu_read_lock();
358                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
359                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
360                 smp_mb__before_atomic();
361                 set_bit(shrinker_id, info->map);
362                 rcu_read_unlock();
363         }
364 }
365
366 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
367
368 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
369 {
370         int id, ret = -ENOMEM;
371
372         if (mem_cgroup_disabled())
373                 return -ENOSYS;
374
375         down_write(&shrinker_rwsem);
376         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
377         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
378         if (id < 0)
379                 goto unlock;
380
381         if (id >= shrinker_nr_max) {
382                 if (expand_shrinker_info(id)) {
383                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
384                         goto unlock;
385                 }
386         }
387         shrinker->id = id;
388         ret = 0;
389 unlock:
390         up_write(&shrinker_rwsem);
391         return ret;
392 }
393
394 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
395 {
396         int id = shrinker->id;
397
398         BUG_ON(id < 0);
399
400         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
401
402         idr_remove(&shrinker_idr, id);
403 }
404
405 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
406                                    struct mem_cgroup *memcg)
407 {
408         struct shrinker_info *info;
409
410         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
411         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
412 }
413
414 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
415                                   struct mem_cgroup *memcg)
416 {
417         struct shrinker_info *info;
418
419         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
420         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
421 }
422
423 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
424 {
425         int i, nid;
426         long nr;
427         struct mem_cgroup *parent;
428         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
429
430         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
431         if (!parent)
432                 parent = root_mem_cgroup;
433
434         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
435         down_read(&shrinker_rwsem);
436         for_each_node(nid) {
437                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
438                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
439                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
440                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
441                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
442                 }
443         }
444         up_read(&shrinker_rwsem);
445 }
446
447 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
448 {
449         return sc->target_mem_cgroup;
450 }
451
452 /**
453  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
454  * @sc: scan_control in question
455  *
456  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
457  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
458  * shrink_folio_list() is used for throttling instead, which lacks all the
459  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
460  * allocation and configurability.
461  *
462  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
463  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
464  */
465 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
466 {
467         if (!cgroup_reclaim(sc))
468                 return true;
469 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
470         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
471                 return true;
472 #endif
473         return false;
474 }
475 #else
476 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
477 {
478         return -ENOSYS;
479 }
480
481 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
482 {
483 }
484
485 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
486                                    struct mem_cgroup *memcg)
487 {
488         return 0;
489 }
490
491 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
492                                   struct mem_cgroup *memcg)
493 {
494         return 0;
495 }
496
497 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
498 {
499         return false;
500 }
501
502 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
503 {
504         return true;
505 }
506 #endif
507
508 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
509                              struct shrink_control *sc)
510 {
511         int nid = sc->nid;
512
513         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
514                 nid = 0;
515
516         if (sc->memcg &&
517             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
518                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
519                                               sc->memcg);
520
521         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
522 }
523
524
525 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
526                             struct shrink_control *sc)
527 {
528         int nid = sc->nid;
529
530         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
531                 nid = 0;
532
533         if (sc->memcg &&
534             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
535                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
536                                              sc->memcg);
537
538         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
539 }
540
541 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
542 {
543         if (!numa_demotion_enabled)
544                 return false;
545         if (sc && sc->no_demotion)
546                 return false;
547         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
548                 return false;
549
550         return true;
551 }
552
553 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
554                                           int nid,
555                                           struct scan_control *sc)
556 {
557         if (memcg == NULL) {
558                 /*
559                  * For non-memcg reclaim, is there
560                  * space in any swap device?
561                  */
562                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
563                         return true;
564         } else {
565                 /* Is the memcg below its swap limit? */
566                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
567                         return true;
568         }
569
570         /*
571          * The page can not be swapped.
572          *
573          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
574          */
575         return can_demote(nid, sc);
576 }
577
578 /*
579  * This misses isolated folios which are not accounted for to save counters.
580  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
581  * not expected that isolated folios will be a dominating factor.
582  */
583 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
584 {
585         unsigned long nr;
586
587         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
588                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
589         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
590                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
591                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
592
593         return nr;
594 }
595
596 /**
597  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
598  * @lruvec: lru vector
599  * @lru: lru to use
600  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES - 1 for the whole LRU list)
601  */
602 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
603                                      int zone_idx)
604 {
605         unsigned long size = 0;
606         int zid;
607
608         for (zid = 0; zid <= zone_idx; zid++) {
609                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
610
611                 if (!managed_zone(zone))
612                         continue;
613
614                 if (!mem_cgroup_disabled())
615                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
616                 else
617                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
618         }
619         return size;
620 }
621
622 /*
623  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
624  */
625 static int __prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
626 {
627         unsigned int size;
628         int err;
629
630         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
631                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
632                 if (err != -ENOSYS)
633                         return err;
634
635                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
636         }
637
638         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
639         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
640                 size *= nr_node_ids;
641
642         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
643         if (!shrinker->nr_deferred)
644                 return -ENOMEM;
645
646         return 0;
647 }
648
649 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
650 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
651 {
652         va_list ap;
653         int err;
654
655         va_start(ap, fmt);
656         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
657         va_end(ap);
658         if (!shrinker->name)
659                 return -ENOMEM;
660
661         err = __prealloc_shrinker(shrinker);
662         if (err) {
663                 kfree_const(shrinker->name);
664                 shrinker->name = NULL;
665         }
666
667         return err;
668 }
669 #else
670 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
671 {
672         return __prealloc_shrinker(shrinker);
673 }
674 #endif
675
676 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
677 {
678 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
679         kfree_const(shrinker->name);
680         shrinker->name = NULL;
681 #endif
682         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
683                 down_write(&shrinker_rwsem);
684                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
685                 up_write(&shrinker_rwsem);
686                 return;
687         }
688
689         kfree(shrinker->nr_deferred);
690         shrinker->nr_deferred = NULL;
691 }
692
693 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
694 {
695         down_write(&shrinker_rwsem);
696         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
697         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
698         shrinker_debugfs_add(shrinker);
699         up_write(&shrinker_rwsem);
700 }
701
702 static int __register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
703 {
704         int err = __prealloc_shrinker(shrinker);
705
706         if (err)
707                 return err;
708         register_shrinker_prepared(shrinker);
709         return 0;
710 }
711
712 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
713 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
714 {
715         va_list ap;
716         int err;
717
718         va_start(ap, fmt);
719         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
720         va_end(ap);
721         if (!shrinker->name)
722                 return -ENOMEM;
723
724         err = __register_shrinker(shrinker);
725         if (err) {
726                 kfree_const(shrinker->name);
727                 shrinker->name = NULL;
728         }
729         return err;
730 }
731 #else
732 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
733 {
734         return __register_shrinker(shrinker);
735 }
736 #endif
737 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
738
739 /*
740  * Remove one
741  */
742 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
743 {
744         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
745                 return;
746
747         down_write(&shrinker_rwsem);
748         list_del(&shrinker->list);
749         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
750         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
751                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
752         shrinker_debugfs_remove(shrinker);
753         up_write(&shrinker_rwsem);
754
755         kfree(shrinker->nr_deferred);
756         shrinker->nr_deferred = NULL;
757 }
758 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
759
760 /**
761  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
762  *
763  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
764  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
765  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
766  * rcu.
767  */
768 void synchronize_shrinkers(void)
769 {
770         down_write(&shrinker_rwsem);
771         up_write(&shrinker_rwsem);
772 }
773 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
774
775 #define SHRINK_BATCH 128
776
777 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
778                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
779 {
780         unsigned long freed = 0;
781         unsigned long long delta;
782         long total_scan;
783         long freeable;
784         long nr;
785         long new_nr;
786         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
787                                           : SHRINK_BATCH;
788         long scanned = 0, next_deferred;
789
790         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
791         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
792                 return freeable;
793
794         /*
795          * copy the current shrinker scan count into a local variable
796          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
797          * don't also do this scanning work.
798          */
799         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
800
801         if (shrinker->seeks) {
802                 delta = freeable >> priority;
803                 delta *= 4;
804                 do_div(delta, shrinker->seeks);
805         } else {
806                 /*
807                  * These objects don't require any IO to create. Trim
808                  * them aggressively under memory pressure to keep
809                  * them from causing refetches in the IO caches.
810                  */
811                 delta = freeable / 2;
812         }
813
814         total_scan = nr >> priority;
815         total_scan += delta;
816         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
817
818         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
819                                    freeable, delta, total_scan, priority);
820
821         /*
822          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
823          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
824          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
825          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
826          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
827          * objects spread over several slabs with usage less than the
828          * batch_size.
829          *
830          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
831          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
832          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
833          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
834          * possible.
835          */
836         while (total_scan >= batch_size ||
837                total_scan >= freeable) {
838                 unsigned long ret;
839                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
840
841                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
842                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
843                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
844                 if (ret == SHRINK_STOP)
845                         break;
846                 freed += ret;
847
848                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
849                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
850                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
851
852                 cond_resched();
853         }
854
855         /*
856          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
857          * done, decreased by old deferred work that was done now.
858          *
859          * And it is capped to two times of the freeable items.
860          */
861         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
862         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
863
864         /*
865          * move the unused scan count back into the shrinker in a
866          * manner that handles concurrent updates.
867          */
868         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
869
870         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
871         return freed;
872 }
873
874 #ifdef CONFIG_MEMCG
875 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
876                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
877 {
878         struct shrinker_info *info;
879         unsigned long ret, freed = 0;
880         int i;
881
882         if (!mem_cgroup_online(memcg))
883                 return 0;
884
885         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
886                 return 0;
887
888         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
889         if (unlikely(!info))
890                 goto unlock;
891
892         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
893                 struct shrink_control sc = {
894                         .gfp_mask = gfp_mask,
895                         .nid = nid,
896                         .memcg = memcg,
897                 };
898                 struct shrinker *shrinker;
899
900                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
901                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
902                         if (!shrinker)
903                                 clear_bit(i, info->map);
904                         continue;
905                 }
906
907                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
908                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
909                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
910                         continue;
911
912                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
913                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
914                         clear_bit(i, info->map);
915                         /*
916                          * After the shrinker reported that it had no objects to
917                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
918                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
919                          * added. To make sure, we have the bit set in this
920                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
921                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
922                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
923                          * set_shrinker_bit():
924                          *
925                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
926                          *   list_add_tail()    clear_bit()
927                          *   <MB>               <MB>
928                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
929                          */
930                         smp_mb__after_atomic();
931                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
932                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
933                                 ret = 0;
934                         else
935                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
936                 }
937                 freed += ret;
938
939                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
940                         freed = freed ? : 1;
941                         break;
942                 }
943         }
944 unlock:
945         up_read(&shrinker_rwsem);
946         return freed;
947 }
948 #else /* CONFIG_MEMCG */
949 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
950                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
951 {
952         return 0;
953 }
954 #endif /* CONFIG_MEMCG */
955
956 /**
957  * shrink_slab - shrink slab caches
958  * @gfp_mask: allocation context
959  * @nid: node whose slab caches to target
960  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
961  * @priority: the reclaim priority
962  *
963  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
964  *
965  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
966  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
967  *
968  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
969  * are called only if it is the root cgroup.
970  *
971  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
972  * in order to get the scan target.
973  *
974  * Returns the number of reclaimed slab objects.
975  */
976 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
977                                  struct mem_cgroup *memcg,
978                                  int priority)
979 {
980         unsigned long ret, freed = 0;
981         struct shrinker *shrinker;
982
983         /*
984          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
985          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
986          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
987          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
988          * oom.
989          */
990         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
991                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
992
993         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
994                 goto out;
995
996         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
997                 struct shrink_control sc = {
998                         .gfp_mask = gfp_mask,
999                         .nid = nid,
1000                         .memcg = memcg,
1001                 };
1002
1003                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
1004                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
1005                         ret = 0;
1006                 freed += ret;
1007                 /*
1008                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
1009                  * prevent the registration from being stalled for long periods
1010                  * by parallel ongoing shrinking.
1011                  */
1012                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
1013                         freed = freed ? : 1;
1014                         break;
1015                 }
1016         }
1017
1018         up_read(&shrinker_rwsem);
1019 out:
1020         cond_resched();
1021         return freed;
1022 }
1023
1024 static unsigned long drop_slab_node(int nid)
1025 {
1026         unsigned long freed = 0;
1027         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1028
1029         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
1030         do {
1031                 freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
1032         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
1033
1034         return freed;
1035 }
1036
1037 void drop_slab(void)
1038 {
1039         int nid;
1040         int shift = 0;
1041         unsigned long freed;
1042
1043         do {
1044                 freed = 0;
1045                 for_each_online_node(nid) {
1046                         if (fatal_signal_pending(current))
1047                                 return;
1048
1049                         freed += drop_slab_node(nid);
1050                 }
1051         } while ((freed >> shift++) > 1);
1052 }
1053
1054 static int reclaimer_offset(void)
1055 {
1056         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1057                         PGDEMOTE_DIRECT - PGDEMOTE_KSWAPD);
1058         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1059                         PGSCAN_DIRECT - PGSCAN_KSWAPD);
1060         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1061                         PGDEMOTE_KHUGEPAGED - PGDEMOTE_KSWAPD);
1062         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1063                         PGSCAN_KHUGEPAGED - PGSCAN_KSWAPD);
1064
1065         if (current_is_kswapd())
1066                 return 0;
1067         if (current_is_khugepaged())
1068                 return PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD;
1069         return PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD;
1070 }
1071
1072 static inline int is_page_cache_freeable(struct folio *folio)
1073 {
1074         /*
1075          * A freeable page cache folio is referenced only by the caller
1076          * that isolated the folio, the page cache and optional filesystem
1077          * private data at folio->private.
1078          */
1079         return folio_ref_count(folio) - folio_test_private(folio) ==
1080                 1 + folio_nr_pages(folio);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * We detected a synchronous write error writing a folio out.  Probably
1085  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1086  * fsync(), msync() or close().
1087  *
1088  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1089  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the folio and once
1090  * that folio is locked, the mapping is pinned.
1091  *
1092  * We're allowed to run sleeping folio_lock() here because we know the caller has
1093  * __GFP_FS.
1094  */
1095 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1096                                 struct folio *folio, int error)
1097 {
1098         folio_lock(folio);
1099         if (folio_mapping(folio) == mapping)
1100                 mapping_set_error(mapping, error);
1101         folio_unlock(folio);
1102 }
1103
1104 static bool skip_throttle_noprogress(pg_data_t *pgdat)
1105 {
1106         int reclaimable = 0, write_pending = 0;
1107         int i;
1108
1109         /*
1110          * If kswapd is disabled, reschedule if necessary but do not
1111          * throttle as the system is likely near OOM.
1112          */
1113         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
1114                 return true;
1115
1116         /*
1117          * If there are a lot of dirty/writeback folios then do not
1118          * throttle as throttling will occur when the folios cycle
1119          * towards the end of the LRU if still under writeback.
1120          */
1121         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
1122                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
1123
1124                 if (!managed_zone(zone))
1125                         continue;
1126
1127                 reclaimable += zone_reclaimable_pages(zone);
1128                 write_pending += zone_page_state_snapshot(zone,
1129                                                   NR_ZONE_WRITE_PENDING);
1130         }
1131         if (2 * write_pending <= reclaimable)
1132                 return true;
1133
1134         return false;
1135 }
1136
1137 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1138 {
1139         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1140         long timeout, ret;
1141         DEFINE_WAIT(wait);
1142
1143         /*
1144          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1145          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1146          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1147          */
1148         if (!current_is_kswapd() &&
1149             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD)) {
1150                 cond_resched();
1151                 return;
1152         }
1153
1154         /*
1155          * These figures are pulled out of thin air.
1156          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1157          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1158          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1159          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1160          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1161          * writeback to a slow device to excessive referenced folios at the tail
1162          * of the inactive LRU.
1163          */
1164         switch(reason) {
1165         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1166                 timeout = HZ/10;
1167
1168                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1169                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1170                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1171                 }
1172
1173                 break;
1174         case VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED:
1175                 fallthrough;
1176         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1177                 if (skip_throttle_noprogress(pgdat)) {
1178                         cond_resched();
1179                         return;
1180                 }
1181
1182                 timeout = 1;
1183
1184                 break;
1185         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1186                 timeout = HZ/50;
1187                 break;
1188         default:
1189                 WARN_ON_ONCE(1);
1190                 timeout = HZ;
1191                 break;
1192         }
1193
1194         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1195         ret = schedule_timeout(timeout);
1196         finish_wait(wqh, &wait);
1197
1198         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1199                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1200
1201         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1202                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1203                                 reason);
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Account for folios written if tasks are throttled waiting on dirty
1208  * folios to clean. If enough folios have been cleaned since throttling
1209  * started then wakeup the throttled tasks.
1210  */
1211 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1212                                                         int nr_throttled)
1213 {
1214         unsigned long nr_written;
1215
1216         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1217
1218         /*
1219          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1220          * be synchronised. However, given that the system is
1221          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1222          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1223          * timeout guarantees forward progress.
1224          */
1225         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1226                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1227
1228         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1229                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1230 }
1231
1232 /* possible outcome of pageout() */
1233 typedef enum {
1234         /* failed to write folio out, folio is locked */
1235         PAGE_KEEP,
1236         /* move folio to the active list, folio is locked */
1237         PAGE_ACTIVATE,
1238         /* folio has been sent to the disk successfully, folio is unlocked */
1239         PAGE_SUCCESS,
1240         /* folio is clean and locked */
1241         PAGE_CLEAN,
1242 } pageout_t;
1243
1244 /*
1245  * pageout is called by shrink_folio_list() for each dirty folio.
1246  * Calls ->writepage().
1247  */
1248 static pageout_t pageout(struct folio *folio, struct address_space *mapping,
1249                          struct swap_iocb **plug)
1250 {
1251         /*
1252          * If the folio is dirty, only perform writeback if that write
1253          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1254          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1255          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1256          * PagePrivate for that.
1257          *
1258          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1259          * this folio's queue, we can perform writeback even if that
1260          * will block.
1261          *
1262          * If the folio is swapcache, write it back even if that would
1263          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1264          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1265          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1266          */
1267         if (!is_page_cache_freeable(folio))
1268                 return PAGE_KEEP;
1269         if (!mapping) {
1270                 /*
1271                  * Some data journaling orphaned folios can have
1272                  * folio->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1273                  */
1274                 if (folio_test_private(folio)) {
1275                         if (try_to_free_buffers(folio)) {
1276                                 folio_clear_dirty(folio);
1277                                 pr_info("%s: orphaned folio\n", __func__);
1278                                 return PAGE_CLEAN;
1279                         }
1280                 }
1281                 return PAGE_KEEP;
1282         }
1283         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1284                 return PAGE_ACTIVATE;
1285
1286         if (folio_clear_dirty_for_io(folio)) {
1287                 int res;
1288                 struct writeback_control wbc = {
1289                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1290                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1291                         .range_start = 0,
1292                         .range_end = LLONG_MAX,
1293                         .for_reclaim = 1,
1294                         .swap_plug = plug,
1295                 };
1296
1297                 folio_set_reclaim(folio);
1298                 res = mapping->a_ops->writepage(&folio->page, &wbc);
1299                 if (res < 0)
1300                         handle_write_error(mapping, folio, res);
1301                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1302                         folio_clear_reclaim(folio);
1303                         return PAGE_ACTIVATE;
1304                 }
1305
1306                 if (!folio_test_writeback(folio)) {
1307                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1308                         folio_clear_reclaim(folio);
1309                 }
1310                 trace_mm_vmscan_write_folio(folio);
1311                 node_stat_add_folio(folio, NR_VMSCAN_WRITE);
1312                 return PAGE_SUCCESS;
1313         }
1314
1315         return PAGE_CLEAN;
1316 }
1317
1318 /*
1319  * Same as remove_mapping, but if the folio is removed from the mapping, it
1320  * gets returned with a refcount of 0.
1321  */
1322 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
1323                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1324 {
1325         int refcount;
1326         void *shadow = NULL;
1327
1328         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1329         BUG_ON(mapping != folio_mapping(folio));
1330
1331         if (!folio_test_swapcache(folio))
1332                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1333         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1334         /*
1335          * The non racy check for a busy folio.
1336          *
1337          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1338          * a ref to the folio, it may be possible that they dirty it then
1339          * drop the reference. So if the dirty flag is tested before the
1340          * refcount here, then the following race may occur:
1341          *
1342          * get_user_pages(&page);
1343          * [user mapping goes away]
1344          * write_to(page);
1345          *                              !folio_test_dirty(folio)    [good]
1346          * folio_set_dirty(folio);
1347          * folio_put(folio);
1348          *                              !refcount(folio)   [good, discard it]
1349          *
1350          * [oops, our write_to data is lost]
1351          *
1352          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1353          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the folio->flags
1354          * load is not satisfied before that of folio->_refcount.
1355          *
1356          * Note that if the dirty flag is always set via folio_mark_dirty,
1357          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1358          */
1359         refcount = 1 + folio_nr_pages(folio);
1360         if (!folio_ref_freeze(folio, refcount))
1361                 goto cannot_free;
1362         /* note: atomic_cmpxchg in folio_ref_freeze provides the smp_rmb */
1363         if (unlikely(folio_test_dirty(folio))) {
1364                 folio_ref_unfreeze(folio, refcount);
1365                 goto cannot_free;
1366         }
1367
1368         if (folio_test_swapcache(folio)) {
1369                 swp_entry_t swap = folio_swap_entry(folio);
1370
1371                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1372                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1373                 __delete_from_swap_cache(folio, swap, shadow);
1374                 mem_cgroup_swapout(folio, swap);
1375                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1376                 put_swap_folio(folio, swap);
1377         } else {
1378                 void (*free_folio)(struct folio *);
1379
1380                 free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
1381                 /*
1382                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1383                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1384                  *
1385                  * But don't store shadows in an address space that is
1386                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1387                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1388                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1389                  * back.
1390                  *
1391                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1392                  * only page cache folios found in these are zero pages
1393                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1394                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1395                  * same address_space.
1396                  */
1397                 if (reclaimed && folio_is_file_lru(folio) &&
1398                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1399                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1400                 __filemap_remove_folio(folio, shadow);
1401                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1402                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1403                         inode_add_lru(mapping->host);
1404                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1405
1406                 if (free_folio)
1407                         free_folio(folio);
1408         }
1409
1410         return 1;
1411
1412 cannot_free:
1413         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1414         if (!folio_test_swapcache(folio))
1415                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1416         return 0;
1417 }
1418
1419 /**
1420  * remove_mapping() - Attempt to remove a folio from its mapping.
1421  * @mapping: The address space.
1422  * @folio: The folio to remove.
1423  *
1424  * If the folio is dirty, under writeback or if someone else has a ref
1425  * on it, removal will fail.
1426  * Return: The number of pages removed from the mapping.  0 if the folio
1427  * could not be removed.
1428  * Context: The caller should have a single refcount on the folio and
1429  * hold its lock.
1430  */
1431 long remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
1432 {
1433         if (__remove_mapping(mapping, folio, false, NULL)) {
1434                 /*
1435                  * Unfreezing the refcount with 1 effectively
1436                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1437                  * atomic operation.
1438                  */
1439                 folio_ref_unfreeze(folio, 1);
1440                 return folio_nr_pages(folio);
1441         }
1442         return 0;
1443 }
1444
1445 /**
1446  * folio_putback_lru - Put previously isolated folio onto appropriate LRU list.
1447  * @folio: Folio to be returned to an LRU list.
1448  *
1449  * Add previously isolated @folio to appropriate LRU list.
1450  * The folio may still be unevictable for other reasons.
1451  *
1452  * Context: lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1453  */
1454 void folio_putback_lru(struct folio *folio)
1455 {
1456         folio_add_lru(folio);
1457         folio_put(folio);               /* drop ref from isolate */
1458 }
1459
1460 enum folio_references {
1461         FOLIOREF_RECLAIM,
1462         FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN,
1463         FOLIOREF_KEEP,
1464         FOLIOREF_ACTIVATE,
1465 };
1466
1467 static enum folio_references folio_check_references(struct folio *folio,
1468                                                   struct scan_control *sc)
1469 {
1470         int referenced_ptes, referenced_folio;
1471         unsigned long vm_flags;
1472
1473         referenced_ptes = folio_referenced(folio, 1, sc->target_mem_cgroup,
1474                                            &vm_flags);
1475         referenced_folio = folio_test_clear_referenced(folio);
1476
1477         /*
1478          * The supposedly reclaimable folio was found to be in a VM_LOCKED vma.
1479          * Let the folio, now marked Mlocked, be moved to the unevictable list.
1480          */
1481         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1482                 return FOLIOREF_ACTIVATE;
1483
1484         /* rmap lock contention: rotate */
1485         if (referenced_ptes == -1)
1486                 return FOLIOREF_KEEP;
1487
1488         if (referenced_ptes) {
1489                 /*
1490                  * All mapped folios start out with page table
1491                  * references from the instantiating fault, so we need
1492                  * to look twice if a mapped file/anon folio is used more
1493                  * than once.
1494                  *
1495                  * Mark it and spare it for another trip around the
1496                  * inactive list.  Another page table reference will
1497                  * lead to its activation.
1498                  *
1499                  * Note: the mark is set for activated folios as well
1500                  * so that recently deactivated but used folios are
1501                  * quickly recovered.
1502                  */
1503                 folio_set_referenced(folio);
1504
1505                 if (referenced_folio || referenced_ptes > 1)
1506                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1507
1508                 /*
1509                  * Activate file-backed executable folios after first usage.
1510                  */
1511                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio))
1512                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1513
1514                 return FOLIOREF_KEEP;
1515         }
1516
1517         /* Reclaim if clean, defer dirty folios to writeback */
1518         if (referenced_folio && folio_is_file_lru(folio))
1519                 return FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN;
1520
1521         return FOLIOREF_RECLAIM;
1522 }
1523
1524 /* Check if a folio is dirty or under writeback */
1525 static void folio_check_dirty_writeback(struct folio *folio,
1526                                        bool *dirty, bool *writeback)
1527 {
1528         struct address_space *mapping;
1529
1530         /*
1531          * Anonymous folios are not handled by flushers and must be written
1532          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them.
1533          * MADV_FREE anonymous folios are put into inactive file list too.
1534          * They could be mistakenly treated as file lru. So further anon
1535          * test is needed.
1536          */
1537         if (!folio_is_file_lru(folio) ||
1538             (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio))) {
1539                 *dirty = false;
1540                 *writeback = false;
1541                 return;
1542         }
1543
1544         /* By default assume that the folio flags are accurate */
1545         *dirty = folio_test_dirty(folio);
1546         *writeback = folio_test_writeback(folio);
1547
1548         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1549         if (!folio_test_private(folio))
1550                 return;
1551
1552         mapping = folio_mapping(folio);
1553         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1554                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(folio, dirty, writeback);
1555 }
1556
1557 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long private)
1558 {
1559         struct page *target_page;
1560         nodemask_t *allowed_mask;
1561         struct migration_target_control *mtc;
1562
1563         mtc = (struct migration_target_control *)private;
1564
1565         allowed_mask = mtc->nmask;
1566         /*
1567          * make sure we allocate from the target node first also trying to
1568          * demote or reclaim pages from the target node via kswapd if we are
1569          * low on free memory on target node. If we don't do this and if
1570          * we have free memory on the slower(lower) memtier, we would start
1571          * allocating pages from slower(lower) memory tiers without even forcing
1572          * a demotion of cold pages from the target memtier. This can result
1573          * in the kernel placing hot pages in slower(lower) memory tiers.
1574          */
1575         mtc->nmask = NULL;
1576         mtc->gfp_mask |= __GFP_THISNODE;
1577         target_page = alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1578         if (target_page)
1579                 return target_page;
1580
1581         mtc->gfp_mask &= ~__GFP_THISNODE;
1582         mtc->nmask = allowed_mask;
1583
1584         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1585 }
1586
1587 /*
1588  * Take folios on @demote_folios and attempt to demote them to another node.
1589  * Folios which are not demoted are left on @demote_folios.
1590  */
1591 static unsigned int demote_folio_list(struct list_head *demote_folios,
1592                                      struct pglist_data *pgdat)
1593 {
1594         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1595         unsigned int nr_succeeded;
1596         nodemask_t allowed_mask;
1597
1598         struct migration_target_control mtc = {
1599                 /*
1600                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1601                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1602                  * instead of migrated.
1603                  */
1604                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) | __GFP_NOWARN |
1605                         __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1606                 .nid = target_nid,
1607                 .nmask = &allowed_mask
1608         };
1609
1610         if (list_empty(demote_folios))
1611                 return 0;
1612
1613         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1614                 return 0;
1615
1616         node_get_allowed_targets(pgdat, &allowed_mask);
1617
1618         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1619         migrate_pages(demote_folios, alloc_demote_page, NULL,
1620                       (unsigned long)&mtc, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1621                       &nr_succeeded);
1622
1623         __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD + reclaimer_offset(), nr_succeeded);
1624
1625         return nr_succeeded;
1626 }
1627
1628 static bool may_enter_fs(struct folio *folio, gfp_t gfp_mask)
1629 {
1630         if (gfp_mask & __GFP_FS)
1631                 return true;
1632         if (!folio_test_swapcache(folio) || !(gfp_mask & __GFP_IO))
1633                 return false;
1634         /*
1635          * We can "enter_fs" for swap-cache with only __GFP_IO
1636          * providing this isn't SWP_FS_OPS.
1637          * ->flags can be updated non-atomicially (scan_swap_map_slots),
1638          * but that will never affect SWP_FS_OPS, so the data_race
1639          * is safe.
1640          */
1641         return !data_race(folio_swap_flags(folio) & SWP_FS_OPS);
1642 }
1643
1644 /*
1645  * shrink_folio_list() returns the number of reclaimed pages
1646  */
1647 static unsigned int shrink_folio_list(struct list_head *folio_list,
1648                 struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc,
1649                 struct reclaim_stat *stat, bool ignore_references)
1650 {
1651         LIST_HEAD(ret_folios);
1652         LIST_HEAD(free_folios);
1653         LIST_HEAD(demote_folios);
1654         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1655         unsigned int pgactivate = 0;
1656         bool do_demote_pass;
1657         struct swap_iocb *plug = NULL;
1658
1659         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1660         cond_resched();
1661         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1662
1663 retry:
1664         while (!list_empty(folio_list)) {
1665                 struct address_space *mapping;
1666                 struct folio *folio;
1667                 enum folio_references references = FOLIOREF_RECLAIM;
1668                 bool dirty, writeback;
1669                 unsigned int nr_pages;
1670
1671                 cond_resched();
1672
1673                 folio = lru_to_folio(folio_list);
1674                 list_del(&folio->lru);
1675
1676                 if (!folio_trylock(folio))
1677                         goto keep;
1678
1679                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
1680
1681                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1682
1683                 /* Account the number of base pages */
1684                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1685
1686                 if (unlikely(!folio_evictable(folio)))
1687                         goto activate_locked;
1688
1689                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
1690                         goto keep_locked;
1691
1692                 /* folio_update_gen() tried to promote this page? */
1693                 if (lru_gen_enabled() && !ignore_references &&
1694                     folio_mapped(folio) && folio_test_referenced(folio))
1695                         goto keep_locked;
1696
1697                 /*
1698                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1699                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1700                  * folios if the tail of the LRU is all dirty unqueued folios.
1701                  */
1702                 folio_check_dirty_writeback(folio, &dirty, &writeback);
1703                 if (dirty || writeback)
1704                         stat->nr_dirty += nr_pages;
1705
1706                 if (dirty && !writeback)
1707                         stat->nr_unqueued_dirty += nr_pages;
1708
1709                 /*
1710                  * Treat this folio as congested if folios are cycling
1711                  * through the LRU so quickly that the folios marked
1712                  * for immediate reclaim are making it to the end of
1713                  * the LRU a second time.
1714                  */
1715                 if (writeback && folio_test_reclaim(folio))
1716                         stat->nr_congested += nr_pages;
1717
1718                 /*
1719                  * If a folio at the tail of the LRU is under writeback, there
1720                  * are three cases to consider.
1721                  *
1722                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number
1723                  *    of folios under writeback and this folio has both
1724                  *    the writeback and reclaim flags set, then it
1725                  *    indicates that folios are being queued for I/O but
1726                  *    are being recycled through the LRU before the I/O
1727                  *    can complete. Waiting on the folio itself risks an
1728                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback
1729                  *    the folio due to I/O error or disconnected storage
1730                  *    so instead note that the LRU is being scanned too
1731                  *    quickly and the caller can stall after the folio
1732                  *    list has been processed.
1733                  *
1734                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a folio that is
1735                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1736                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1737                  *    not to fs). In this case mark the folio for immediate
1738                  *    reclaim and continue scanning.
1739                  *
1740                  *    Require may_enter_fs() because we would wait on fs, which
1741                  *    may not have submitted I/O yet. And the loop driver might
1742                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a folio for
1743                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1744                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1745                  *    would probably show more reasons.
1746                  *
1747                  * 3) Legacy memcg encounters a folio that already has the
1748                  *    reclaim flag set. memcg does not have any dirty folio
1749                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1750                  *    folios are in writeback and there is nothing else to
1751                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1752                  *
1753                  * In cases 1) and 2) we activate the folios to get them out of
1754                  * the way while we continue scanning for clean folios on the
1755                  * inactive list and refilling from the active list. The
1756                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1757                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1758                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1759                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1760                  * takes to write them to disk.
1761                  */
1762                 if (folio_test_writeback(folio)) {
1763                         /* Case 1 above */
1764                         if (current_is_kswapd() &&
1765                             folio_test_reclaim(folio) &&
1766                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1767                                 stat->nr_immediate += nr_pages;
1768                                 goto activate_locked;
1769
1770                         /* Case 2 above */
1771                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1772                             !folio_test_reclaim(folio) ||
1773                             !may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask)) {
1774                                 /*
1775                                  * This is slightly racy -
1776                                  * folio_end_writeback() might have
1777                                  * just cleared the reclaim flag, then
1778                                  * setting the reclaim flag here ends up
1779                                  * interpreted as the readahead flag - but
1780                                  * that does not matter enough to care.
1781                                  * What we do want is for this folio to
1782                                  * have the reclaim flag set next time
1783                                  * memcg reclaim reaches the tests above,
1784                                  * so it will then wait for writeback to
1785                                  * avoid OOM; and it's also appropriate
1786                                  * in global reclaim.
1787                                  */
1788                                 folio_set_reclaim(folio);
1789                                 stat->nr_writeback += nr_pages;
1790                                 goto activate_locked;
1791
1792                         /* Case 3 above */
1793                         } else {
1794                                 folio_unlock(folio);
1795                                 folio_wait_writeback(folio);
1796                                 /* then go back and try same folio again */
1797                                 list_add_tail(&folio->lru, folio_list);
1798                                 continue;
1799                         }
1800                 }
1801
1802                 if (!ignore_references)
1803                         references = folio_check_references(folio, sc);
1804
1805                 switch (references) {
1806                 case FOLIOREF_ACTIVATE:
1807                         goto activate_locked;
1808                 case FOLIOREF_KEEP:
1809                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1810                         goto keep_locked;
1811                 case FOLIOREF_RECLAIM:
1812                 case FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN:
1813                         ; /* try to reclaim the folio below */
1814                 }
1815
1816                 /*
1817                  * Before reclaiming the folio, try to relocate
1818                  * its contents to another node.
1819                  */
1820                 if (do_demote_pass &&
1821                     (thp_migration_supported() || !folio_test_large(folio))) {
1822                         list_add(&folio->lru, &demote_folios);
1823                         folio_unlock(folio);
1824                         continue;
1825                 }
1826
1827                 /*
1828                  * Anonymous process memory has backing store?
1829                  * Try to allocate it some swap space here.
1830                  * Lazyfree folio could be freed directly
1831                  */
1832                 if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio)) {
1833                         if (!folio_test_swapcache(folio)) {
1834                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1835                                         goto keep_locked;
1836                                 if (folio_maybe_dma_pinned(folio))
1837                                         goto keep_locked;
1838                                 if (folio_test_large(folio)) {
1839                                         /* cannot split folio, skip it */
1840                                         if (!can_split_folio(folio, NULL))
1841                                                 goto activate_locked;
1842                                         /*
1843                                          * Split folios without a PMD map right
1844                                          * away. Chances are some or all of the
1845                                          * tail pages can be freed without IO.
1846                                          */
1847                                         if (!folio_entire_mapcount(folio) &&
1848                                             split_folio_to_list(folio,
1849                                                                 folio_list))
1850                                                 goto activate_locked;
1851                                 }
1852                                 if (!add_to_swap(folio)) {
1853                                         if (!folio_test_large(folio))
1854                                                 goto activate_locked_split;
1855                                         /* Fallback to swap normal pages */
1856                                         if (split_folio_to_list(folio,
1857                                                                 folio_list))
1858                                                 goto activate_locked;
1859 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1860                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1861 #endif
1862                                         if (!add_to_swap(folio))
1863                                                 goto activate_locked_split;
1864                                 }
1865                         }
1866                 } else if (folio_test_swapbacked(folio) &&
1867                            folio_test_large(folio)) {
1868                         /* Split shmem folio */
1869                         if (split_folio_to_list(folio, folio_list))
1870                                 goto keep_locked;
1871                 }
1872
1873                 /*
1874                  * If the folio was split above, the tail pages will make
1875                  * their own pass through this function and be accounted
1876                  * then.
1877                  */
1878                 if ((nr_pages > 1) && !folio_test_large(folio)) {
1879                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1880                         nr_pages = 1;
1881                 }
1882
1883                 /*
1884                  * The folio is mapped into the page tables of one or more
1885                  * processes. Try to unmap it here.
1886                  */
1887                 if (folio_mapped(folio)) {
1888                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1889                         bool was_swapbacked = folio_test_swapbacked(folio);
1890
1891                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
1892                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1893
1894                         try_to_unmap(folio, flags);
1895                         if (folio_mapped(folio)) {
1896                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1897                                 if (!was_swapbacked &&
1898                                     folio_test_swapbacked(folio))
1899                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1900                                 goto activate_locked;
1901                         }
1902                 }
1903
1904                 mapping = folio_mapping(folio);
1905                 if (folio_test_dirty(folio)) {
1906                         /*
1907                          * Only kswapd can writeback filesystem folios
1908                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1909                          * injecting inefficient single-folio I/O into
1910                          * flusher writeback as much as possible: only
1911                          * write folios when we've encountered many
1912                          * dirty folios, and when we've already scanned
1913                          * the rest of the LRU for clean folios and see
1914                          * the same dirty folios again (with the reclaim
1915                          * flag set).
1916                          */
1917                         if (folio_is_file_lru(folio) &&
1918                             (!current_is_kswapd() ||
1919                              !folio_test_reclaim(folio) ||
1920                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1921                                 /*
1922                                  * Immediately reclaim when written back.
1923                                  * Similar in principle to deactivate_page()
1924                                  * except we already have the folio isolated
1925                                  * and know it's dirty
1926                                  */
1927                                 node_stat_mod_folio(folio, NR_VMSCAN_IMMEDIATE,
1928                                                 nr_pages);
1929                                 folio_set_reclaim(folio);
1930
1931                                 goto activate_locked;
1932                         }
1933
1934                         if (references == FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN)
1935                                 goto keep_locked;
1936                         if (!may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask))
1937                                 goto keep_locked;
1938                         if (!sc->may_writepage)
1939                                 goto keep_locked;
1940
1941                         /*
1942                          * Folio is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1943                          * potentially exists to avoid CPU writes after I/O
1944                          * starts and then write it out here.
1945                          */
1946                         try_to_unmap_flush_dirty();
1947                         switch (pageout(folio, mapping, &plug)) {
1948                         case PAGE_KEEP:
1949                                 goto keep_locked;
1950                         case PAGE_ACTIVATE:
1951                                 goto activate_locked;
1952                         case PAGE_SUCCESS:
1953                                 stat->nr_pageout += nr_pages;
1954
1955                                 if (folio_test_writeback(folio))
1956                                         goto keep;
1957                                 if (folio_test_dirty(folio))
1958                                         goto keep;
1959
1960                                 /*
1961                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1962                                  * ahead and try to reclaim the folio.
1963                                  */
1964                                 if (!folio_trylock(folio))
1965                                         goto keep;
1966                                 if (folio_test_dirty(folio) ||
1967                                     folio_test_writeback(folio))
1968                                         goto keep_locked;
1969                                 mapping = folio_mapping(folio);
1970                                 fallthrough;
1971                         case PAGE_CLEAN:
1972                                 ; /* try to free the folio below */
1973                         }
1974                 }
1975
1976                 /*
1977                  * If the folio has buffers, try to free the buffer
1978                  * mappings associated with this folio. If we succeed
1979                  * we try to free the folio as well.
1980                  *
1981                  * We do this even if the folio is dirty.
1982                  * filemap_release_folio() does not perform I/O, but it
1983                  * is possible for a folio to have the dirty flag set,
1984                  * but it is actually clean (all its buffers are clean).
1985                  * This happens if the buffers were written out directly,
1986                  * with submit_bh(). ext3 will do this, as well as
1987                  * the blockdev mapping.  filemap_release_folio() will
1988                  * discover that cleanness and will drop the buffers
1989                  * and mark the folio clean - it can be freed.
1990                  *
1991                  * Rarely, folios can have buffers and no ->mapping.
1992                  * These are the folios which were not successfully
1993                  * invalidated in truncate_cleanup_folio().  We try to
1994                  * drop those buffers here and if that worked, and the
1995                  * folio is no longer mapped into process address space
1996                  * (refcount == 1) it can be freed.  Otherwise, leave
1997                  * the folio on the LRU so it is swappable.
1998                  */
1999                 if (folio_has_private(folio)) {
2000                         if (!filemap_release_folio(folio, sc->gfp_mask))
2001                                 goto activate_locked;
2002                         if (!mapping && folio_ref_count(folio) == 1) {
2003                                 folio_unlock(folio);
2004                                 if (folio_put_testzero(folio))
2005                                         goto free_it;
2006                                 else {
2007                                         /*
2008                                          * rare race with speculative reference.
2009                                          * the speculative reference will free
2010                                          * this folio shortly, so we may
2011                                          * increment nr_reclaimed here (and
2012                                          * leave it off the LRU).
2013                                          */
2014                                         nr_reclaimed += nr_pages;
2015                                         continue;
2016                                 }
2017                         }
2018                 }
2019
2020                 if (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio)) {
2021                         /* follow __remove_mapping for reference */
2022                         if (!folio_ref_freeze(folio, 1))
2023                                 goto keep_locked;
2024                         /*
2025                          * The folio has only one reference left, which is
2026                          * from the isolation. After the caller puts the
2027                          * folio back on the lru and drops the reference, the
2028                          * folio will be freed anyway. It doesn't matter
2029                          * which lru it goes on. So we don't bother checking
2030                          * the dirty flag here.
2031                          */
2032                         count_vm_events(PGLAZYFREED, nr_pages);
2033                         count_memcg_folio_events(folio, PGLAZYFREED, nr_pages);
2034                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, folio, true,
2035                                                          sc->target_mem_cgroup))
2036                         goto keep_locked;
2037
2038                 folio_unlock(folio);
2039 free_it:
2040                 /*
2041                  * Folio may get swapped out as a whole, need to account
2042                  * all pages in it.
2043                  */
2044                 nr_reclaimed += nr_pages;
2045
2046                 /*
2047                  * Is there need to periodically free_folio_list? It would
2048                  * appear not as the counts should be low
2049                  */
2050                 if (unlikely(folio_test_large(folio)))
2051                         destroy_large_folio(folio);
2052                 else
2053                         list_add(&folio->lru, &free_folios);
2054                 continue;
2055
2056 activate_locked_split:
2057                 /*
2058                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
2059                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
2060                  */
2061                 if (nr_pages > 1) {
2062                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
2063                         nr_pages = 1;
2064                 }
2065 activate_locked:
2066                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
2067                 if (folio_test_swapcache(folio) &&
2068                     (mem_cgroup_swap_full(folio) || folio_test_mlocked(folio)))
2069                         folio_free_swap(folio);
2070                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
2071                 if (!folio_test_mlocked(folio)) {
2072                         int type = folio_is_file_lru(folio);
2073                         folio_set_active(folio);
2074                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
2075                         count_memcg_folio_events(folio, PGACTIVATE, nr_pages);
2076                 }
2077 keep_locked:
2078                 folio_unlock(folio);
2079 keep:
2080                 list_add(&folio->lru, &ret_folios);
2081                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio) ||
2082                                 folio_test_unevictable(folio), folio);
2083         }
2084         /* 'folio_list' is always empty here */
2085
2086         /* Migrate folios selected for demotion */
2087         nr_reclaimed += demote_folio_list(&demote_folios, pgdat);
2088         /* Folios that could not be demoted are still in @demote_folios */
2089         if (!list_empty(&demote_folios)) {
2090                 /* Folios which weren't demoted go back on @folio_list */
2091                 list_splice_init(&demote_folios, folio_list);
2092
2093                 /*
2094                  * goto retry to reclaim the undemoted folios in folio_list if
2095                  * desired.
2096                  *
2097                  * Reclaiming directly from top tier nodes is not often desired
2098                  * due to it breaking the LRU ordering: in general memory
2099                  * should be reclaimed from lower tier nodes and demoted from
2100                  * top tier nodes.
2101                  *
2102                  * However, disabling reclaim from top tier nodes entirely
2103                  * would cause ooms in edge scenarios where lower tier memory
2104                  * is unreclaimable for whatever reason, eg memory being
2105                  * mlocked or too hot to reclaim. We can disable reclaim
2106                  * from top tier nodes in proactive reclaim though as that is
2107                  * not real memory pressure.
2108                  */
2109                 if (!sc->proactive) {
2110                         do_demote_pass = false;
2111                         goto retry;
2112                 }
2113         }
2114
2115         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
2116
2117         mem_cgroup_uncharge_list(&free_folios);
2118         try_to_unmap_flush();
2119         free_unref_page_list(&free_folios);
2120
2121         list_splice(&ret_folios, folio_list);
2122         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
2123
2124         if (plug)
2125                 swap_write_unplug(plug);
2126         return nr_reclaimed;
2127 }
2128
2129 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
2130                                            struct list_head *folio_list)
2131 {
2132         struct scan_control sc = {
2133                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2134                 .may_unmap = 1,
2135         };
2136         struct reclaim_stat stat;
2137         unsigned int nr_reclaimed;
2138         struct folio *folio, *next;
2139         LIST_HEAD(clean_folios);
2140         unsigned int noreclaim_flag;
2141
2142         list_for_each_entry_safe(folio, next, folio_list, lru) {
2143                 if (!folio_test_hugetlb(folio) && folio_is_file_lru(folio) &&
2144                     !folio_test_dirty(folio) && !__folio_test_movable(folio) &&
2145                     !folio_test_unevictable(folio)) {
2146                         folio_clear_active(folio);
2147                         list_move(&folio->lru, &clean_folios);
2148                 }
2149         }
2150
2151         /*
2152          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
2153          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
2154          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
2155          * change in the future.
2156          */
2157         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2158         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&clean_folios, zone->zone_pgdat, &sc,
2159                                         &stat, true);
2160         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2161
2162         list_splice(&clean_folios, folio_list);
2163         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2164                             -(long)nr_reclaimed);
2165         /*
2166          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
2167          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
2168          * discard so isolated count will be mismatched.
2169          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
2170          */
2171         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
2172                             stat.nr_lazyfree_fail);
2173         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2174                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
2175         return nr_reclaimed;
2176 }
2177
2178 /*
2179  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2180  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2181  */
2182 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2183                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2184 {
2185         int zid;
2186
2187         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2188                 if (!nr_zone_taken[zid])
2189                         continue;
2190
2191                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2192         }
2193
2194 }
2195
2196 /*
2197  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2198  *
2199  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2200  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2201  * and working on them outside the LRU lock.
2202  *
2203  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2204  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2205  *
2206  * Lru_lock must be held before calling this function.
2207  *
2208  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2209  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2210  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2211  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2212  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2213  * @lru:        LRU list id for isolating
2214  *
2215  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2216  */
2217 static unsigned long isolate_lru_folios(unsigned long nr_to_scan,
2218                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2219                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2220                 enum lru_list lru)
2221 {
2222         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2223         unsigned long nr_taken = 0;
2224         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2225         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2226         unsigned long skipped = 0;
2227         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2228         LIST_HEAD(folios_skipped);
2229
2230         total_scan = 0;
2231         scan = 0;
2232         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2233                 struct list_head *move_to = src;
2234                 struct folio *folio;
2235
2236                 folio = lru_to_folio(src);
2237                 prefetchw_prev_lru_folio(folio, src, flags);
2238
2239                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2240                 total_scan += nr_pages;
2241
2242                 if (folio_zonenum(folio) > sc->reclaim_idx) {
2243                         nr_skipped[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2244                         move_to = &folios_skipped;
2245                         goto move;
2246                 }
2247
2248                 /*
2249                  * Do not count skipped folios because that makes the function
2250                  * return with no isolated folios if the LRU mostly contains
2251                  * ineligible folios.  This causes the VM to not reclaim any
2252                  * folios, triggering a premature OOM.
2253                  * Account all pages in a folio.
2254                  */
2255                 scan += nr_pages;
2256
2257                 if (!folio_test_lru(folio))
2258                         goto move;
2259                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
2260                         goto move;
2261
2262                 /*
2263                  * Be careful not to clear the lru flag until after we're
2264                  * sure the folio is not being freed elsewhere -- the
2265                  * folio release code relies on it.
2266                  */
2267                 if (unlikely(!folio_try_get(folio)))
2268                         goto move;
2269
2270                 if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
2271                         /* Another thread is already isolating this folio */
2272                         folio_put(folio);
2273                         goto move;
2274                 }
2275
2276                 nr_taken += nr_pages;
2277                 nr_zone_taken[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2278                 move_to = dst;
2279 move:
2280                 list_move(&folio->lru, move_to);
2281         }
2282
2283         /*
2284          * Splice any skipped folios to the start of the LRU list. Note that
2285          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2286          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2287          * scanning would soon rescan the same folios to skip and waste lots
2288          * of cpu cycles.
2289          */
2290         if (!list_empty(&folios_skipped)) {
2291                 int zid;
2292
2293                 list_splice(&folios_skipped, src);
2294                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2295                         if (!nr_skipped[zid])
2296                                 continue;
2297
2298                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2299                         skipped += nr_skipped[zid];
2300                 }
2301         }
2302         *nr_scanned = total_scan;
2303         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2304                                     total_scan, skipped, nr_taken,
2305                                     sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED, lru);
2306         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2307         return nr_taken;
2308 }
2309
2310 /**
2311  * folio_isolate_lru() - Try to isolate a folio from its LRU list.
2312  * @folio: Folio to isolate from its LRU list.
2313  *
2314  * Isolate a @folio from an LRU list and adjust the vmstat statistic
2315  * corresponding to whatever LRU list the folio was on.
2316  *
2317  * The folio will have its LRU flag cleared.  If it was found on the
2318  * active list, it will have the Active flag set.  If it was found on the
2319  * unevictable list, it will have the Unevictable flag set.  These flags
2320  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2321  *
2322  * Context:
2323  *
2324  * (1) Must be called with an elevated refcount on the folio. This is a
2325  *     fundamental difference from isolate_lru_folios() (which is called
2326  *     without a stable reference).
2327  * (2) The lru_lock must not be held.
2328  * (3) Interrupts must be enabled.
2329  *
2330  * Return: 0 if the folio was removed from an LRU list.
2331  * -EBUSY if the folio was not on an LRU list.
2332  */
2333 int folio_isolate_lru(struct folio *folio)
2334 {
2335         int ret = -EBUSY;
2336
2337         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_ref_count(folio), folio);
2338
2339         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
2340                 struct lruvec *lruvec;
2341
2342                 folio_get(folio);
2343                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2344                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
2345                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2346                 ret = 0;
2347         }
2348
2349         return ret;
2350 }
2351
2352 /*
2353  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2354  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2355  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2356  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2357  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2358  */
2359 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2360                 struct scan_control *sc)
2361 {
2362         unsigned long inactive, isolated;
2363         bool too_many;
2364
2365         if (current_is_kswapd())
2366                 return 0;
2367
2368         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2369                 return 0;
2370
2371         if (file) {
2372                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2373                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2374         } else {
2375                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2376                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2377         }
2378
2379         /*
2380          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2381          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2382          * deadlock.
2383          */
2384         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2385                 inactive >>= 3;
2386
2387         too_many = isolated > inactive;
2388
2389         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2390         if (!too_many)
2391                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2392
2393         return too_many;
2394 }
2395
2396 /*
2397  * move_folios_to_lru() moves folios from private @list to appropriate LRU list.
2398  * On return, @list is reused as a list of folios to be freed by the caller.
2399  *
2400  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2401  */
2402 static unsigned int move_folios_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2403                 struct list_head *list)
2404 {
2405         int nr_pages, nr_moved = 0;
2406         LIST_HEAD(folios_to_free);
2407
2408         while (!list_empty(list)) {
2409                 struct folio *folio = lru_to_folio(list);
2410
2411                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
2412                 list_del(&folio->lru);
2413                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2414                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2415                         folio_putback_lru(folio);
2416                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2417                         continue;
2418                 }
2419
2420                 /*
2421                  * The folio_set_lru needs to be kept here for list integrity.
2422                  * Otherwise:
2423                  *   #0 move_folios_to_lru             #1 release_pages
2424                  *   if (!folio_put_testzero())
2425                  *                                    if (folio_put_testzero())
2426                  *                                      !lru //skip lru_lock
2427                  *     folio_set_lru()
2428                  *     list_add(&folio->lru,)
2429                  *                                        list_add(&folio->lru,)
2430                  */
2431                 folio_set_lru(folio);
2432
2433                 if (unlikely(folio_put_testzero(folio))) {
2434                         __folio_clear_lru_flags(folio);
2435
2436                         if (unlikely(folio_test_large(folio))) {
2437                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2438                                 destroy_large_folio(folio);
2439                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2440                         } else
2441                                 list_add(&folio->lru, &folios_to_free);
2442
2443                         continue;
2444                 }
2445
2446                 /*
2447                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2448                  * inhibits memcg migration).
2449                  */
2450                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_matches_lruvec(folio, lruvec), folio);
2451                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
2452                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2453                 nr_moved += nr_pages;
2454                 if (folio_test_active(folio))
2455                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2456         }
2457
2458         /*
2459          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2460          */
2461         list_splice(&folios_to_free, list);
2462
2463         return nr_moved;
2464 }
2465
2466 /*
2467  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services a backing
2468  * device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE. In this case
2469  * we should not throttle.  Otherwise it is safe to do so.
2470  */
2471 static int current_may_throttle(void)
2472 {
2473         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE);
2474 }
2475
2476 /*
2477  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2478  * of reclaimed pages
2479  */
2480 static unsigned long shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan,
2481                 struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2482                 enum lru_list lru)
2483 {
2484         LIST_HEAD(folio_list);
2485         unsigned long nr_scanned;
2486         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2487         unsigned long nr_taken;
2488         struct reclaim_stat stat;
2489         bool file = is_file_lru(lru);
2490         enum vm_event_item item;
2491         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2492         bool stalled = false;
2493
2494         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2495                 if (stalled)
2496                         return 0;
2497
2498                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2499                 stalled = true;
2500                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2501
2502                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2503                 if (fatal_signal_pending(current))
2504                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2505         }
2506
2507         lru_add_drain();
2508
2509         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2510
2511         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &folio_list,
2512                                      &nr_scanned, sc, lru);
2513
2514         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2515         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
2516         if (!cgroup_reclaim(sc))
2517                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2518         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2519         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2520
2521         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2522
2523         if (nr_taken == 0)
2524                 return 0;
2525
2526         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&folio_list, pgdat, sc, &stat, false);
2527
2528         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2529         move_folios_to_lru(lruvec, &folio_list);
2530
2531         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2532         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
2533         if (!cgroup_reclaim(sc))
2534                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2535         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2536         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2537         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2538
2539         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout, nr_scanned - nr_reclaimed);
2540         mem_cgroup_uncharge_list(&folio_list);
2541         free_unref_page_list(&folio_list);
2542
2543         /*
2544          * If dirty folios are scanned that are not queued for IO, it
2545          * implies that flushers are not doing their job. This can
2546          * happen when memory pressure pushes dirty folios to the end of
2547          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2548          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2549          * dirty folios grows not through writes but through memory
2550          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2551          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2552          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2553          */
2554         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken) {
2555                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2556                 /*
2557                  * For cgroupv1 dirty throttling is achieved by waking up
2558                  * the kernel flusher here and later waiting on folios
2559                  * which are in writeback to finish (see shrink_folio_list()).
2560                  *
2561                  * Flusher may not be able to issue writeback quickly
2562                  * enough for cgroupv1 writeback throttling to work
2563                  * on a large system.
2564                  */
2565                 if (!writeback_throttling_sane(sc))
2566                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
2567         }
2568
2569         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2570         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2571         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2572         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2573         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2574         sc->nr.taken += nr_taken;
2575         if (file)
2576                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2577
2578         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2579                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2580         return nr_reclaimed;
2581 }
2582
2583 /*
2584  * shrink_active_list() moves folios from the active LRU to the inactive LRU.
2585  *
2586  * We move them the other way if the folio is referenced by one or more
2587  * processes.
2588  *
2589  * If the folios are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2590  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2591  * the folios are mapped, the processing is slow (folio_referenced()), so
2592  * we should drop lru_lock around each folio.  It's impossible to balance
2593  * this, so instead we remove the folios from the LRU while processing them.
2594  * It is safe to rely on the active flag against the non-LRU folios in here
2595  * because nobody will play with that bit on a non-LRU folio.
2596  *
2597  * The downside is that we have to touch folio->_refcount against each folio.
2598  * But we had to alter folio->flags anyway.
2599  */
2600 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2601                                struct lruvec *lruvec,
2602                                struct scan_control *sc,
2603                                enum lru_list lru)
2604 {
2605         unsigned long nr_taken;
2606         unsigned long nr_scanned;
2607         unsigned long vm_flags;
2608         LIST_HEAD(l_hold);      /* The folios which were snipped off */
2609         LIST_HEAD(l_active);
2610         LIST_HEAD(l_inactive);
2611         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2612         unsigned nr_rotated = 0;
2613         int file = is_file_lru(lru);
2614         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2615
2616         lru_add_drain();
2617
2618         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2619
2620         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2621                                      &nr_scanned, sc, lru);
2622
2623         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2624
2625         if (!cgroup_reclaim(sc))
2626                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2627         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2628
2629         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2630
2631         while (!list_empty(&l_hold)) {
2632                 struct folio *folio;
2633
2634                 cond_resched();
2635                 folio = lru_to_folio(&l_hold);
2636                 list_del(&folio->lru);
2637
2638                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2639                         folio_putback_lru(folio);
2640                         continue;
2641                 }
2642
2643                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2644                         if (folio_test_private(folio) && folio_trylock(folio)) {
2645                                 if (folio_test_private(folio))
2646                                         filemap_release_folio(folio, 0);
2647                                 folio_unlock(folio);
2648                         }
2649                 }
2650
2651                 /* Referenced or rmap lock contention: rotate */
2652                 if (folio_referenced(folio, 0, sc->target_mem_cgroup,
2653                                      &vm_flags) != 0) {
2654                         /*
2655                          * Identify referenced, file-backed active folios and
2656                          * give them one more trip around the active list. So
2657                          * that executable code get better chances to stay in
2658                          * memory under moderate memory pressure.  Anon folios
2659                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2660                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC folios,
2661                          * so we ignore them here.
2662                          */
2663                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio)) {
2664                                 nr_rotated += folio_nr_pages(folio);
2665                                 list_add(&folio->lru, &l_active);
2666                                 continue;
2667                         }
2668                 }
2669
2670                 folio_clear_active(folio);      /* we are de-activating */
2671                 folio_set_workingset(folio);
2672                 list_add(&folio->lru, &l_inactive);
2673         }
2674
2675         /*
2676          * Move folios back to the lru list.
2677          */
2678         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2679
2680         nr_activate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_active);
2681         nr_deactivate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2682         /* Keep all free folios in l_active list */
2683         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2684
2685         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2686         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2687
2688         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2689         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2690
2691         if (nr_rotated)
2692                 lru_note_cost(lruvec, file, 0, nr_rotated);
2693         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2694         free_unref_page_list(&l_active);
2695         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2696                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2697 }
2698
2699 static unsigned int reclaim_folio_list(struct list_head *folio_list,
2700                                       struct pglist_data *pgdat)
2701 {
2702         struct reclaim_stat dummy_stat;
2703         unsigned int nr_reclaimed;
2704         struct folio *folio;
2705         struct scan_control sc = {
2706                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2707                 .may_writepage = 1,
2708                 .may_unmap = 1,
2709                 .may_swap = 1,
2710                 .no_demotion = 1,
2711         };
2712
2713         nr_reclaimed = shrink_folio_list(folio_list, pgdat, &sc, &dummy_stat, false);
2714         while (!list_empty(folio_list)) {
2715                 folio = lru_to_folio(folio_list);
2716                 list_del(&folio->lru);
2717                 folio_putback_lru(folio);
2718         }
2719
2720         return nr_reclaimed;
2721 }
2722
2723 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *folio_list)
2724 {
2725         int nid;
2726         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2727         LIST_HEAD(node_folio_list);
2728         unsigned int noreclaim_flag;
2729
2730         if (list_empty(folio_list))
2731                 return nr_reclaimed;
2732
2733         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2734
2735         nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2736         do {
2737                 struct folio *folio = lru_to_folio(folio_list);
2738
2739                 if (nid == folio_nid(folio)) {
2740                         folio_clear_active(folio);
2741                         list_move(&folio->lru, &node_folio_list);
2742                         continue;
2743                 }
2744
2745                 nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2746                 nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2747         } while (!list_empty(folio_list));
2748
2749         nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2750
2751         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2752
2753         return nr_reclaimed;
2754 }
2755
2756 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2757                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2758 {
2759         if (is_active_lru(lru)) {
2760                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2761                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2762                 else
2763                         sc->skipped_deactivate = 1;
2764                 return 0;
2765         }
2766
2767         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2768 }
2769
2770 /*
2771  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2772  * to do too much work.
2773  *
2774  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2775  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2776  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2777  *
2778  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2779  * folio has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2780  *
2781  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2782  *
2783  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE folios
2784  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2785  * of 3 means 3:1 or 25% of the folios are kept on the inactive list.
2786  *
2787  * total     target    max
2788  * memory    ratio     inactive
2789  * -------------------------------------
2790  *   10MB       1         5MB
2791  *  100MB       1        50MB
2792  *    1GB       3       250MB
2793  *   10GB      10       0.9GB
2794  *  100GB      31         3GB
2795  *    1TB     101        10GB
2796  *   10TB     320        32GB
2797  */
2798 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2799 {
2800         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2801         unsigned long inactive, active;
2802         unsigned long inactive_ratio;
2803         unsigned long gb;
2804
2805         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2806         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2807
2808         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2809         if (gb)
2810                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2811         else
2812                 inactive_ratio = 1;
2813
2814         return inactive * inactive_ratio < active;
2815 }
2816
2817 enum scan_balance {
2818         SCAN_EQUAL,
2819         SCAN_FRACT,
2820         SCAN_ANON,
2821         SCAN_FILE,
2822 };
2823
2824 static void prepare_scan_count(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2825 {
2826         unsigned long file;
2827         struct lruvec *target_lruvec;
2828
2829         if (lru_gen_enabled())
2830                 return;
2831
2832         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2833
2834         /*
2835          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
2836          * lruvec stats for heuristics.
2837          */
2838         mem_cgroup_flush_stats();
2839
2840         /*
2841          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2842          */
2843         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2844         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2845         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2846         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2847
2848         /*
2849          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2850          * and file LRU lists.
2851          */
2852         if (!sc->force_deactivate) {
2853                 unsigned long refaults;
2854
2855                 /*
2856                  * When refaults are being observed, it means a new
2857                  * workingset is being established. Deactivate to get
2858                  * rid of any stale active pages quickly.
2859                  */
2860                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2861                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2862                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] ||
2863                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2864                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2865                 else
2866                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2867
2868                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2869                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2870                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] ||
2871                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2872                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2873                 else
2874                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2875         } else
2876                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2877
2878         /*
2879          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2880          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2881          * anonymous pages.
2882          */
2883         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2884         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2885                 sc->cache_trim_mode = 1;
2886         else
2887                 sc->cache_trim_mode = 0;
2888
2889         /*
2890          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2891          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2892          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2893          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2894          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2895          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2896          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2897          */
2898         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2899                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2900                 unsigned long free, anon;
2901                 int z;
2902
2903                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2904                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2905                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2906
2907                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2908                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2909
2910                         if (!managed_zone(zone))
2911                                 continue;
2912
2913                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2914                 }
2915
2916                 /*
2917                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2918                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2919                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2920                  */
2921                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2922
2923                 sc->file_is_tiny =
2924                         file + free <= total_high_wmark &&
2925                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2926                         anon >> sc->priority;
2927         }
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2932  * scanned.
2933  *
2934  * nr[0] = anon inactive folios to scan; nr[1] = anon active folios to scan
2935  * nr[2] = file inactive folios to scan; nr[3] = file active folios to scan
2936  */
2937 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2938                            unsigned long *nr)
2939 {
2940         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2941         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2942         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2943         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2944         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2945         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2946         enum scan_balance scan_balance;
2947         unsigned long ap, fp;
2948         enum lru_list lru;
2949
2950         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon folios. */
2951         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2952                 scan_balance = SCAN_FILE;
2953                 goto out;
2954         }
2955
2956         /*
2957          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2958          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2959          * disable swapping for individual groups completely when
2960          * using the memory controller's swap limit feature would be
2961          * too expensive.
2962          */
2963         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2964                 scan_balance = SCAN_FILE;
2965                 goto out;
2966         }
2967
2968         /*
2969          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2970          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2971          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2972          */
2973         if (!sc->priority && swappiness) {
2974                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2975                 goto out;
2976         }
2977
2978         /*
2979          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2980          */
2981         if (sc->file_is_tiny) {
2982                 scan_balance = SCAN_ANON;
2983                 goto out;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2988          * anything from the anonymous working right now.
2989          */
2990         if (sc->cache_trim_mode) {
2991                 scan_balance = SCAN_FILE;
2992                 goto out;
2993         }
2994
2995         scan_balance = SCAN_FRACT;
2996         /*
2997          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2998          *
2999          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
3000          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
3001          * determined by the share of pages that are refaulting, times
3002          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
3003          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
3004          *
3005          * Although we limit that influence to ensure no list gets
3006          * left behind completely: at least a third of the pressure is
3007          * applied, before swappiness.
3008          *
3009          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
3010          */
3011         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
3012         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
3013         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
3014         total_cost = anon_cost + file_cost;
3015
3016         ap = swappiness * (total_cost + 1);
3017         ap /= anon_cost + 1;
3018
3019         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
3020         fp /= file_cost + 1;
3021
3022         fraction[0] = ap;
3023         fraction[1] = fp;
3024         denominator = ap + fp;
3025 out:
3026         for_each_evictable_lru(lru) {
3027                 int file = is_file_lru(lru);
3028                 unsigned long lruvec_size;
3029                 unsigned long low, min;
3030                 unsigned long scan;
3031
3032                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
3033                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
3034                                       &min, &low);
3035
3036                 if (min || low) {
3037                         /*
3038                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
3039                          * its current usage to its memory.low or memory.min
3040                          * setting.
3041                          *
3042                          * This is important, as otherwise scanning aggression
3043                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
3044                          * approach the memory protection threshold, to totally
3045                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
3046                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
3047                          * also means we simply get no protection at all if we
3048                          * set it too low, which is not ideal.
3049                          *
3050                          * If there is any protection in place, we reduce scan
3051                          * pressure by how much of the total memory used is
3052                          * within protection thresholds.
3053                          *
3054                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
3055                          * we skip over all groups that are within their low
3056                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
3057                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
3058                          * the best-effort low protection. However, we still
3059                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
3060                          * that case instead of simply punishing them all
3061                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
3062                          * memory they are using, reducing the scan pressure
3063                          * again by how much of the total memory used is under
3064                          * hard protection.
3065                          */
3066                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
3067                         unsigned long protection;
3068
3069                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
3070                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
3071                                 protection = low;
3072                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3073                         } else {
3074                                 protection = min;
3075                         }
3076
3077                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
3078                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
3079
3080                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
3081                                 (cgroup_size + 1);
3082
3083                         /*
3084                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
3085                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
3086                          * sc->priority further than desirable.
3087                          */
3088                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
3089                 } else {
3090                         scan = lruvec_size;
3091                 }
3092
3093                 scan >>= sc->priority;
3094
3095                 /*
3096                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
3097                  * scrape out the remaining cache.
3098                  */
3099                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
3100                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
3101
3102                 switch (scan_balance) {
3103                 case SCAN_EQUAL:
3104                         /* Scan lists relative to size */
3105                         break;
3106                 case SCAN_FRACT:
3107                         /*
3108                          * Scan types proportional to swappiness and
3109                          * their relative recent reclaim efficiency.
3110                          * Make sure we don't miss the last page on
3111                          * the offlined memory cgroups because of a
3112                          * round-off error.
3113                          */
3114                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
3115                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
3116                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
3117                                                   denominator);
3118                         break;
3119                 case SCAN_FILE:
3120                 case SCAN_ANON:
3121                         /* Scan one type exclusively */
3122                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
3123                                 scan = 0;
3124                         break;
3125                 default:
3126                         /* Look ma, no brain */
3127                         BUG();
3128                 }
3129
3130                 nr[lru] = scan;
3131         }
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Anonymous LRU management is a waste if there is
3136  * ultimately no way to reclaim the memory.
3137  */
3138 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
3139                                struct scan_control *sc)
3140 {
3141         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
3142         if (total_swap_pages > 0)
3143                 return true;
3144
3145         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
3146         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
3147 }
3148
3149 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
3150
3151 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_ENABLED
3152 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_TRUE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3153 #define get_cap(cap)    static_branch_likely(&lru_gen_caps[cap])
3154 #else
3155 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_FALSE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3156 #define get_cap(cap)    static_branch_unlikely(&lru_gen_caps[cap])
3157 #endif
3158
3159 /******************************************************************************
3160  *                          shorthand helpers
3161  ******************************************************************************/
3162
3163 #define LRU_REFS_FLAGS  (BIT(PG_referenced) | BIT(PG_workingset))
3164
3165 #define DEFINE_MAX_SEQ(lruvec)                                          \
3166         unsigned long max_seq = READ_ONCE((lruvec)->lrugen.max_seq)
3167
3168 #define DEFINE_MIN_SEQ(lruvec)                                          \
3169         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE] = {                        \
3170                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_ANON]),      \
3171                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_FILE]),      \
3172         }
3173
3174 #define for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)                         \
3175         for ((gen) = 0; (gen) < MAX_NR_GENS; (gen)++)                   \
3176                 for ((type) = 0; (type) < ANON_AND_FILE; (type)++)      \
3177                         for ((zone) = 0; (zone) < MAX_NR_ZONES; (zone)++)
3178
3179 static struct lruvec *get_lruvec(struct mem_cgroup *memcg, int nid)
3180 {
3181         struct pglist_data *pgdat = NODE_DATA(nid);
3182
3183 #ifdef CONFIG_MEMCG
3184         if (memcg) {
3185                 struct lruvec *lruvec = &memcg->nodeinfo[nid]->lruvec;
3186
3187                 /* see the comment in mem_cgroup_lruvec() */
3188                 if (!lruvec->pgdat)
3189                         lruvec->pgdat = pgdat;
3190
3191                 return lruvec;
3192         }
3193 #endif
3194         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3195
3196         return &pgdat->__lruvec;
3197 }
3198
3199 static int get_swappiness(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
3200 {
3201         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3202         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
3203
3204         if (!can_demote(pgdat->node_id, sc) &&
3205             mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) < MIN_LRU_BATCH)
3206                 return 0;
3207
3208         return mem_cgroup_swappiness(memcg);
3209 }
3210
3211 static int get_nr_gens(struct lruvec *lruvec, int type)
3212 {
3213         return lruvec->lrugen.max_seq - lruvec->lrugen.min_seq[type] + 1;
3214 }
3215
3216 static bool __maybe_unused seq_is_valid(struct lruvec *lruvec)
3217 {
3218         /* see the comment on lru_gen_struct */
3219         return get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) >= MIN_NR_GENS &&
3220                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) <= get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) &&
3221                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) <= MAX_NR_GENS;
3222 }
3223
3224 /******************************************************************************
3225  *                          mm_struct list
3226  ******************************************************************************/
3227
3228 static struct lru_gen_mm_list *get_mm_list(struct mem_cgroup *memcg)
3229 {
3230         static struct lru_gen_mm_list mm_list = {
3231                 .fifo = LIST_HEAD_INIT(mm_list.fifo),
3232                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(mm_list.lock),
3233         };
3234
3235 #ifdef CONFIG_MEMCG
3236         if (memcg)
3237                 return &memcg->mm_list;
3238 #endif
3239         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3240
3241         return &mm_list;
3242 }
3243
3244 void lru_gen_add_mm(struct mm_struct *mm)
3245 {
3246         int nid;
3247         struct mem_cgroup *memcg = get_mem_cgroup_from_mm(mm);
3248         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3249
3250         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(&mm->lru_gen.list));
3251 #ifdef CONFIG_MEMCG
3252         VM_WARN_ON_ONCE(mm->lru_gen.memcg);
3253         mm->lru_gen.memcg = memcg;
3254 #endif
3255         spin_lock(&mm_list->lock);
3256
3257         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3258                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3259
3260                 /* the first addition since the last iteration */
3261                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm_list->fifo)
3262                         lruvec->mm_state.tail = &mm->lru_gen.list;
3263         }
3264
3265         list_add_tail(&mm->lru_gen.list, &mm_list->fifo);
3266
3267         spin_unlock(&mm_list->lock);
3268 }
3269
3270 void lru_gen_del_mm(struct mm_struct *mm)
3271 {
3272         int nid;
3273         struct lru_gen_mm_list *mm_list;
3274         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3275
3276         if (list_empty(&mm->lru_gen.list))
3277                 return;
3278
3279 #ifdef CONFIG_MEMCG
3280         memcg = mm->lru_gen.memcg;
3281 #endif
3282         mm_list = get_mm_list(memcg);
3283
3284         spin_lock(&mm_list->lock);
3285
3286         for_each_node(nid) {
3287                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3288
3289                 /* where the last iteration ended (exclusive) */
3290                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm->lru_gen.list)
3291                         lruvec->mm_state.tail = lruvec->mm_state.tail->next;
3292
3293                 /* where the current iteration continues (inclusive) */
3294                 if (lruvec->mm_state.head != &mm->lru_gen.list)
3295                         continue;
3296
3297                 lruvec->mm_state.head = lruvec->mm_state.head->next;
3298                 /* the deletion ends the current iteration */
3299                 if (lruvec->mm_state.head == &mm_list->fifo)
3300                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.seq, lruvec->mm_state.seq + 1);
3301         }
3302
3303         list_del_init(&mm->lru_gen.list);
3304
3305         spin_unlock(&mm_list->lock);
3306
3307 #ifdef CONFIG_MEMCG
3308         mem_cgroup_put(mm->lru_gen.memcg);
3309         mm->lru_gen.memcg = NULL;
3310 #endif
3311 }
3312
3313 #ifdef CONFIG_MEMCG
3314 void lru_gen_migrate_mm(struct mm_struct *mm)
3315 {
3316         struct mem_cgroup *memcg;
3317         struct task_struct *task = rcu_dereference_protected(mm->owner, true);
3318
3319         VM_WARN_ON_ONCE(task->mm != mm);
3320         lockdep_assert_held(&task->alloc_lock);
3321
3322         /* for mm_update_next_owner() */
3323         if (mem_cgroup_disabled())
3324                 return;
3325
3326         rcu_read_lock();
3327         memcg = mem_cgroup_from_task(task);
3328         rcu_read_unlock();
3329         if (memcg == mm->lru_gen.memcg)
3330                 return;
3331
3332         VM_WARN_ON_ONCE(!mm->lru_gen.memcg);
3333         VM_WARN_ON_ONCE(list_empty(&mm->lru_gen.list));
3334
3335         lru_gen_del_mm(mm);
3336         lru_gen_add_mm(mm);
3337 }
3338 #endif
3339
3340 /*
3341  * Bloom filters with m=1<<15, k=2 and the false positive rates of ~1/5 when
3342  * n=10,000 and ~1/2 when n=20,000, where, conventionally, m is the number of
3343  * bits in a bitmap, k is the number of hash functions and n is the number of
3344  * inserted items.
3345  *
3346  * Page table walkers use one of the two filters to reduce their search space.
3347  * To get rid of non-leaf entries that no longer have enough leaf entries, the
3348  * aging uses the double-buffering technique to flip to the other filter each
3349  * time it produces a new generation. For non-leaf entries that have enough
3350  * leaf entries, the aging carries them over to the next generation in
3351  * walk_pmd_range(); the eviction also report them when walking the rmap
3352  * in lru_gen_look_around().
3353  *
3354  * For future optimizations:
3355  * 1. It's not necessary to keep both filters all the time. The spare one can be
3356  *    freed after the RCU grace period and reallocated if needed again.
3357  * 2. And when reallocating, it's worth scaling its size according to the number
3358  *    of inserted entries in the other filter, to reduce the memory overhead on
3359  *    small systems and false positives on large systems.
3360  * 3. Jenkins' hash function is an alternative to Knuth's.
3361  */
3362 #define BLOOM_FILTER_SHIFT      15
3363
3364 static inline int filter_gen_from_seq(unsigned long seq)
3365 {
3366         return seq % NR_BLOOM_FILTERS;
3367 }
3368
3369 static void get_item_key(void *item, int *key)
3370 {
3371         u32 hash = hash_ptr(item, BLOOM_FILTER_SHIFT * 2);
3372
3373         BUILD_BUG_ON(BLOOM_FILTER_SHIFT * 2 > BITS_PER_TYPE(u32));
3374
3375         key[0] = hash & (BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT) - 1);
3376         key[1] = hash >> BLOOM_FILTER_SHIFT;
3377 }
3378
3379 static void reset_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq)
3380 {
3381         unsigned long *filter;
3382         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3383
3384         filter = lruvec->mm_state.filters[gen];
3385         if (filter) {
3386                 bitmap_clear(filter, 0, BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT));
3387                 return;
3388         }
3389
3390         filter = bitmap_zalloc(BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT),
3391                                __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
3392         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen], filter);
3393 }
3394
3395 static void update_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3396 {
3397         int key[2];
3398         unsigned long *filter;
3399         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3400
3401         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3402         if (!filter)
3403                 return;
3404
3405         get_item_key(item, key);
3406
3407         if (!test_bit(key[0], filter))
3408                 set_bit(key[0], filter);
3409         if (!test_bit(key[1], filter))
3410                 set_bit(key[1], filter);
3411 }
3412
3413 static bool test_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3414 {
3415         int key[2];
3416         unsigned long *filter;
3417         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3418
3419         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3420         if (!filter)
3421                 return true;
3422
3423         get_item_key(item, key);
3424
3425         return test_bit(key[0], filter) && test_bit(key[1], filter);
3426 }
3427
3428 static void reset_mm_stats(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk, bool last)
3429 {
3430         int i;
3431         int hist;
3432
3433         lockdep_assert_held(&get_mm_list(lruvec_memcg(lruvec))->lock);
3434
3435         if (walk) {
3436                 hist = lru_hist_from_seq(walk->max_seq);
3437
3438                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
3439                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i],
3440                                    lruvec->mm_state.stats[hist][i] + walk->mm_stats[i]);
3441                         walk->mm_stats[i] = 0;
3442                 }
3443         }
3444
3445         if (NR_HIST_GENS > 1 && last) {
3446                 hist = lru_hist_from_seq(lruvec->mm_state.seq + 1);
3447
3448                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++)
3449                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i], 0);
3450         }
3451 }
3452
3453 static bool should_skip_mm(struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3454 {
3455         int type;
3456         unsigned long size = 0;
3457         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3458         int key = pgdat->node_id % BITS_PER_TYPE(mm->lru_gen.bitmap);
3459
3460         if (!walk->force_scan && !test_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap))
3461                 return true;
3462
3463         clear_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap);
3464
3465         for (type = !walk->can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
3466                 size += type ? get_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES) :
3467                                get_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES) +
3468                                get_mm_counter(mm, MM_SHMEMPAGES);
3469         }
3470
3471         if (size < MIN_LRU_BATCH)
3472                 return true;
3473
3474         return !mmget_not_zero(mm);
3475 }
3476
3477 static bool iterate_mm_list(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk,
3478                             struct mm_struct **iter)
3479 {
3480         bool first = false;
3481         bool last = true;
3482         struct mm_struct *mm = NULL;
3483         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3484         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3485         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3486
3487         /*
3488          * There are four interesting cases for this page table walker:
3489          * 1. It tries to start a new iteration of mm_list with a stale max_seq;
3490          *    there is nothing left to do.
3491          * 2. It's the first of the current generation, and it needs to reset
3492          *    the Bloom filter for the next generation.
3493          * 3. It reaches the end of mm_list, and it needs to increment
3494          *    mm_state->seq; the iteration is done.
3495          * 4. It's the last of the current generation, and it needs to reset the
3496          *    mm stats counters for the next generation.
3497          */
3498         spin_lock(&mm_list->lock);
3499
3500         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < walk->max_seq);
3501         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && mm_state->seq > walk->max_seq);
3502         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && !mm_state->nr_walkers);
3503
3504         if (walk->max_seq <= mm_state->seq) {
3505                 if (!*iter)
3506                         last = false;
3507                 goto done;
3508         }
3509
3510         if (!mm_state->nr_walkers) {
3511                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3512
3513                 mm_state->head = mm_list->fifo.next;
3514                 first = true;
3515         }
3516
3517         while (!mm && mm_state->head != &mm_list->fifo) {
3518                 mm = list_entry(mm_state->head, struct mm_struct, lru_gen.list);
3519
3520                 mm_state->head = mm_state->head->next;
3521
3522                 /* force scan for those added after the last iteration */
3523                 if (!mm_state->tail || mm_state->tail == &mm->lru_gen.list) {
3524                         mm_state->tail = mm_state->head;
3525                         walk->force_scan = true;
3526                 }
3527
3528                 if (should_skip_mm(mm, walk))
3529                         mm = NULL;
3530         }
3531
3532         if (mm_state->head == &mm_list->fifo)
3533                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3534 done:
3535         if (*iter && !mm)
3536                 mm_state->nr_walkers--;
3537         if (!*iter && mm)
3538                 mm_state->nr_walkers++;
3539
3540         if (mm_state->nr_walkers)
3541                 last = false;
3542
3543         if (*iter || last)
3544                 reset_mm_stats(lruvec, walk, last);
3545
3546         spin_unlock(&mm_list->lock);
3547
3548         if (mm && first)
3549                 reset_bloom_filter(lruvec, walk->max_seq + 1);
3550
3551         if (*iter)
3552                 mmput_async(*iter);
3553
3554         *iter = mm;
3555
3556         return last;
3557 }
3558
3559 static bool iterate_mm_list_nowalk(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq)
3560 {
3561         bool success = false;
3562         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3563         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3564         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3565
3566         spin_lock(&mm_list->lock);
3567
3568         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < max_seq);
3569
3570         if (max_seq > mm_state->seq && !mm_state->nr_walkers) {
3571                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3572
3573                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3574                 reset_mm_stats(lruvec, NULL, true);
3575                 success = true;
3576         }
3577
3578         spin_unlock(&mm_list->lock);
3579
3580         return success;
3581 }
3582
3583 /******************************************************************************
3584  *                          refault feedback loop
3585  ******************************************************************************/
3586
3587 /*
3588  * A feedback loop based on Proportional-Integral-Derivative (PID) controller.
3589  *
3590  * The P term is refaulted/(evicted+protected) from a tier in the generation
3591  * currently being evicted; the I term is the exponential moving average of the
3592  * P term over the generations previously evicted, using the smoothing factor
3593  * 1/2; the D term isn't supported.
3594  *
3595  * The setpoint (SP) is always the first tier of one type; the process variable
3596  * (PV) is either any tier of the other type or any other tier of the same
3597  * type.
3598  *
3599  * The error is the difference between the SP and the PV; the correction is to
3600  * turn off protection when SP>PV or turn on protection when SP<PV.
3601  *
3602  * For future optimizations:
3603  * 1. The D term may discount the other two terms over time so that long-lived
3604  *    generations can resist stale information.
3605  */
3606 struct ctrl_pos {
3607         unsigned long refaulted;
3608         unsigned long total;
3609         int gain;
3610 };
3611
3612 static void read_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, int tier, int gain,
3613                           struct ctrl_pos *pos)
3614 {
3615         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3616         int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3617
3618         pos->refaulted = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3619                          atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3620         pos->total = lrugen->avg_total[type][tier] +
3621                      atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3622         if (tier)
3623                 pos->total += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3624         pos->gain = gain;
3625 }
3626
3627 static void reset_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, bool carryover)
3628 {
3629         int hist, tier;
3630         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3631         bool clear = carryover ? NR_HIST_GENS == 1 : NR_HIST_GENS > 1;
3632         unsigned long seq = carryover ? lrugen->min_seq[type] : lrugen->max_seq + 1;
3633
3634         lockdep_assert_held(&lruvec->lru_lock);
3635
3636         if (!carryover && !clear)
3637                 return;
3638
3639         hist = lru_hist_from_seq(seq);
3640
3641         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
3642                 if (carryover) {
3643                         unsigned long sum;
3644
3645                         sum = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3646                               atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3647                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier], sum / 2);
3648
3649                         sum = lrugen->avg_total[type][tier] +
3650                               atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3651                         if (tier)
3652                                 sum += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3653                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier], sum / 2);
3654                 }
3655
3656                 if (clear) {
3657                         atomic_long_set(&lrugen->refaulted[hist][type][tier], 0);
3658                         atomic_long_set(&lrugen->evicted[hist][type][tier], 0);
3659                         if (tier)
3660                                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1], 0);
3661                 }
3662         }
3663 }
3664
3665 static bool positive_ctrl_err(struct ctrl_pos *sp, struct ctrl_pos *pv)
3666 {
3667         /*
3668          * Return true if the PV has a limited number of refaults or a lower
3669          * refaulted/total than the SP.
3670          */
3671         return pv->refaulted < MIN_LRU_BATCH ||
3672                pv->refaulted * (sp->total + MIN_LRU_BATCH) * sp->gain <=
3673                (sp->refaulted + 1) * pv->total * pv->gain;
3674 }
3675
3676 /******************************************************************************
3677  *                          the aging
3678  ******************************************************************************/
3679
3680 /* promote pages accessed through page tables */
3681 static int folio_update_gen(struct folio *folio, int gen)
3682 {
3683         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3684
3685         VM_WARN_ON_ONCE(gen >= MAX_NR_GENS);
3686         VM_WARN_ON_ONCE(!rcu_read_lock_held());
3687
3688         do {
3689                 /* lru_gen_del_folio() has isolated this page? */
3690                 if (!(old_flags & LRU_GEN_MASK)) {
3691                         /* for shrink_folio_list() */
3692                         new_flags = old_flags | BIT(PG_referenced);
3693                         continue;
3694                 }
3695
3696                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3697                 new_flags |= (gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3698         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3699
3700         return ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3701 }
3702
3703 /* protect pages accessed multiple times through file descriptors */
3704 static int folio_inc_gen(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, bool reclaiming)
3705 {
3706         int type = folio_is_file_lru(folio);
3707         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3708         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3709         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3710
3711         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!(old_flags & LRU_GEN_MASK), folio);
3712
3713         do {
3714                 new_gen = ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3715                 /* folio_update_gen() has promoted this page? */
3716                 if (new_gen >= 0 && new_gen != old_gen)
3717                         return new_gen;
3718
3719                 new_gen = (old_gen + 1) % MAX_NR_GENS;
3720
3721                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3722                 new_flags |= (new_gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3723                 /* for folio_end_writeback() */
3724                 if (reclaiming)
3725                         new_flags |= BIT(PG_reclaim);
3726         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3727
3728         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
3729
3730         return new_gen;
3731 }
3732
3733 static void update_batch_size(struct lru_gen_mm_walk *walk, struct folio *folio,
3734                               int old_gen, int new_gen)
3735 {
3736         int type = folio_is_file_lru(folio);
3737         int zone = folio_zonenum(folio);
3738         int delta = folio_nr_pages(folio);
3739
3740         VM_WARN_ON_ONCE(old_gen >= MAX_NR_GENS);
3741         VM_WARN_ON_ONCE(new_gen >= MAX_NR_GENS);
3742
3743         walk->batched++;
3744
3745         walk->nr_pages[old_gen][type][zone] -= delta;
3746         walk->nr_pages[new_gen][type][zone] += delta;
3747 }
3748
3749 static void reset_batch_size(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3750 {
3751         int gen, type, zone;
3752         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3753
3754         walk->batched = 0;
3755
3756         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
3757                 enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
3758                 int delta = walk->nr_pages[gen][type][zone];
3759
3760                 if (!delta)
3761                         continue;
3762
3763                 walk->nr_pages[gen][type][zone] = 0;
3764                 WRITE_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone],
3765                            lrugen->nr_pages[gen][type][zone] + delta);
3766
3767                 if (lru_gen_is_active(lruvec, gen))
3768                         lru += LRU_ACTIVE;
3769                 __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
3770         }
3771 }
3772
3773 static int should_skip_vma(unsigned long start, unsigned long end, struct mm_walk *args)
3774 {
3775         struct address_space *mapping;
3776         struct vm_area_struct *vma = args->vma;
3777         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3778
3779         if (!vma_is_accessible(vma))
3780                 return true;
3781
3782         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
3783                 return true;
3784
3785         if (vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL | VM_SEQ_READ | VM_RAND_READ))
3786                 return true;
3787
3788         if (vma == get_gate_vma(vma->vm_mm))
3789                 return true;
3790
3791         if (vma_is_anonymous(vma))
3792                 return !walk->can_swap;
3793
3794         if (WARN_ON_ONCE(!vma->vm_file || !vma->vm_file->f_mapping))
3795                 return true;
3796
3797         mapping = vma->vm_file->f_mapping;
3798         if (mapping_unevictable(mapping))
3799                 return true;
3800
3801         if (shmem_mapping(mapping))
3802                 return !walk->can_swap;
3803
3804         /* to exclude special mappings like dax, etc. */
3805         return !mapping->a_ops->read_folio;
3806 }
3807
3808 /*
3809  * Some userspace memory allocators map many single-page VMAs. Instead of
3810  * returning back to the PGD table for each of such VMAs, finish an entire PMD
3811  * table to reduce zigzags and improve cache performance.
3812  */
3813 static bool get_next_vma(unsigned long mask, unsigned long size, struct mm_walk *args,
3814                          unsigned long *vm_start, unsigned long *vm_end)
3815 {
3816         unsigned long start = round_up(*vm_end, size);
3817         unsigned long end = (start | ~mask) + 1;
3818         VMA_ITERATOR(vmi, args->mm, start);
3819
3820         VM_WARN_ON_ONCE(mask & size);
3821         VM_WARN_ON_ONCE((start & mask) != (*vm_start & mask));
3822
3823         for_each_vma(vmi, args->vma) {
3824                 if (end && end <= args->vma->vm_start)
3825                         return false;
3826
3827                 if (should_skip_vma(args->vma->vm_start, args->vma->vm_end, args))
3828                         continue;
3829
3830                 *vm_start = max(start, args->vma->vm_start);
3831                 *vm_end = min(end - 1, args->vma->vm_end - 1) + 1;
3832
3833                 return true;
3834         }
3835
3836         return false;
3837 }
3838
3839 static unsigned long get_pte_pfn(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3840 {
3841         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
3842
3843         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3844
3845         if (!pte_present(pte) || is_zero_pfn(pfn))
3846                 return -1;
3847
3848         if (WARN_ON_ONCE(pte_devmap(pte) || pte_special(pte)))
3849                 return -1;
3850
3851         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3852                 return -1;
3853
3854         return pfn;
3855 }
3856
3857 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3858 static unsigned long get_pmd_pfn(pmd_t pmd, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3859 {
3860         unsigned long pfn = pmd_pfn(pmd);
3861
3862         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3863
3864         if (!pmd_present(pmd) || is_huge_zero_pmd(pmd))
3865                 return -1;
3866
3867         if (WARN_ON_ONCE(pmd_devmap(pmd)))
3868                 return -1;
3869
3870         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3871                 return -1;
3872
3873         return pfn;
3874 }
3875 #endif
3876
3877 static struct folio *get_pfn_folio(unsigned long pfn, struct mem_cgroup *memcg,
3878                                    struct pglist_data *pgdat, bool can_swap)
3879 {
3880         struct folio *folio;
3881
3882         /* try to avoid unnecessary memory loads */
3883         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
3884                 return NULL;
3885
3886         folio = pfn_folio(pfn);
3887         if (folio_nid(folio) != pgdat->node_id)
3888                 return NULL;
3889
3890         if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
3891                 return NULL;
3892
3893         /* file VMAs can contain anon pages from COW */
3894         if (!folio_is_file_lru(folio) && !can_swap)
3895                 return NULL;
3896
3897         return folio;
3898 }
3899
3900 static bool suitable_to_scan(int total, int young)
3901 {
3902         int n = clamp_t(int, cache_line_size() / sizeof(pte_t), 2, 8);
3903
3904         /* suitable if the average number of young PTEs per cacheline is >=1 */
3905         return young * n >= total;
3906 }
3907
3908 static bool walk_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long start, unsigned long end,
3909                            struct mm_walk *args)
3910 {
3911         int i;
3912         pte_t *pte;
3913         spinlock_t *ptl;
3914         unsigned long addr;
3915         int total = 0;
3916         int young = 0;
3917         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3918         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3919         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3920         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3921
3922         VM_WARN_ON_ONCE(pmd_leaf(*pmd));
3923
3924         ptl = pte_lockptr(args->mm, pmd);
3925         if (!spin_trylock(ptl))
3926                 return false;
3927
3928         arch_enter_lazy_mmu_mode();
3929
3930         pte = pte_offset_map(pmd, start & PMD_MASK);
3931 restart:
3932         for (i = pte_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
3933                 unsigned long pfn;
3934                 struct folio *folio;
3935
3936                 total++;
3937                 walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
3938
3939                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], args->vma, addr);
3940                 if (pfn == -1)
3941                         continue;
3942
3943                 if (!pte_young(pte[i])) {
3944                         walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
3945                         continue;
3946                 }
3947
3948                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
3949                 if (!folio)
3950                         continue;
3951
3952                 if (!ptep_test_and_clear_young(args->vma, addr, pte + i))
3953                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
3954
3955                 young++;
3956                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
3957
3958                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
3959                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
3960                       !folio_test_swapcache(folio)))
3961                         folio_mark_dirty(folio);
3962
3963                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
3964                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
3965                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
3966         }
3967
3968         if (i < PTRS_PER_PTE && get_next_vma(PMD_MASK, PAGE_SIZE, args, &start, &end))
3969                 goto restart;
3970
3971         pte_unmap(pte);
3972
3973         arch_leave_lazy_mmu_mode();
3974         spin_unlock(ptl);
3975
3976         return suitable_to_scan(total, young);
3977 }
3978
3979 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3980 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
3981                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
3982 {
3983         int i;
3984         pmd_t *pmd;
3985         spinlock_t *ptl;
3986         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3987         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3988         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3989         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3990
3991         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
3992
3993         /* try to batch at most 1+MIN_LRU_BATCH+1 entries */
3994         if (*start == -1) {
3995                 *start = next;
3996                 return;
3997         }
3998
3999         i = next == -1 ? 0 : pmd_index(next) - pmd_index(*start);
4000         if (i && i <= MIN_LRU_BATCH) {
4001                 __set_bit(i - 1, bitmap);
4002                 return;
4003         }
4004
4005         pmd = pmd_offset(pud, *start);
4006
4007         ptl = pmd_lockptr(args->mm, pmd);
4008         if (!spin_trylock(ptl))
4009                 goto done;
4010
4011         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4012
4013         do {
4014                 unsigned long pfn;
4015                 struct folio *folio;
4016                 unsigned long addr = i ? (*start & PMD_MASK) + i * PMD_SIZE : *start;
4017
4018                 pfn = get_pmd_pfn(pmd[i], vma, addr);
4019                 if (pfn == -1)
4020                         goto next;
4021
4022                 if (!pmd_trans_huge(pmd[i])) {
4023                         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4024                             get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
4025                                 pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i);
4026                         goto next;
4027                 }
4028
4029                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
4030                 if (!folio)
4031                         goto next;
4032
4033                 if (!pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i))
4034                         goto next;
4035
4036                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
4037
4038                 if (pmd_dirty(pmd[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4039                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4040                       !folio_test_swapcache(folio)))
4041                         folio_mark_dirty(folio);
4042
4043                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4044                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
4045                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4046 next:
4047                 i = i > MIN_LRU_BATCH ? 0 : find_next_bit(bitmap, MIN_LRU_BATCH, i) + 1;
4048         } while (i <= MIN_LRU_BATCH);
4049
4050         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4051         spin_unlock(ptl);
4052 done:
4053         *start = -1;
4054         bitmap_zero(bitmap, MIN_LRU_BATCH);
4055 }
4056 #else
4057 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
4058                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
4059 {
4060 }
4061 #endif
4062
4063 static void walk_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long start, unsigned long end,
4064                            struct mm_walk *args)
4065 {
4066         int i;
4067         pmd_t *pmd;
4068         unsigned long next;
4069         unsigned long addr;
4070         struct vm_area_struct *vma;
4071         unsigned long pos = -1;
4072         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4073         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4074
4075         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
4076
4077         /*
4078          * Finish an entire PMD in two passes: the first only reaches to PTE
4079          * tables to avoid taking the PMD lock; the second, if necessary, takes
4080          * the PMD lock to clear the accessed bit in PMD entries.
4081          */
4082         pmd = pmd_offset(pud, start & PUD_MASK);
4083 restart:
4084         /* walk_pte_range() may call get_next_vma() */
4085         vma = args->vma;
4086         for (i = pmd_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4087                 pmd_t val = pmdp_get_lockless(pmd + i);
4088
4089                 next = pmd_addr_end(addr, end);
4090
4091                 if (!pmd_present(val) || is_huge_zero_pmd(val)) {
4092                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4093                         continue;
4094                 }
4095
4096 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4097                 if (pmd_trans_huge(val)) {
4098                         unsigned long pfn = pmd_pfn(val);
4099                         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
4100
4101                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4102
4103                         if (!pmd_young(val)) {
4104                                 walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
4105                                 continue;
4106                         }
4107
4108                         /* try to avoid unnecessary memory loads */
4109                         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
4110                                 continue;
4111
4112                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4113                         continue;
4114                 }
4115 #endif
4116                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_TOTAL]++;
4117
4118                 if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4119                     get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG)) {
4120                         if (!pmd_young(val))
4121                                 continue;
4122
4123                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4124                 }
4125
4126                 if (!walk->force_scan && !test_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq, pmd + i))
4127                         continue;
4128
4129                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_FOUND]++;
4130
4131                 if (!walk_pte_range(&val, addr, next, args))
4132                         continue;
4133
4134                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_ADDED]++;
4135
4136                 /* carry over to the next generation */
4137                 update_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq + 1, pmd + i);
4138         }
4139
4140         walk_pmd_range_locked(pud, -1, vma, args, bitmap, &pos);
4141
4142         if (i < PTRS_PER_PMD && get_next_vma(PUD_MASK, PMD_SIZE, args, &start, &end))
4143                 goto restart;
4144 }
4145
4146 static int walk_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long start, unsigned long end,
4147                           struct mm_walk *args)
4148 {
4149         int i;
4150         pud_t *pud;
4151         unsigned long addr;
4152         unsigned long next;
4153         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4154
4155         VM_WARN_ON_ONCE(p4d_leaf(*p4d));
4156
4157         pud = pud_offset(p4d, start & P4D_MASK);
4158 restart:
4159         for (i = pud_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4160                 pud_t val = READ_ONCE(pud[i]);
4161
4162                 next = pud_addr_end(addr, end);
4163
4164                 if (!pud_present(val) || WARN_ON_ONCE(pud_leaf(val)))
4165                         continue;
4166
4167                 walk_pmd_range(&val, addr, next, args);
4168
4169                 /* a racy check to curtail the waiting time */
4170                 if (wq_has_sleeper(&walk->lruvec->mm_state.wait))
4171                         return 1;
4172
4173                 if (need_resched() || walk->batched >= MAX_LRU_BATCH) {
4174                         end = (addr | ~PUD_MASK) + 1;
4175                         goto done;
4176                 }
4177         }
4178
4179         if (i < PTRS_PER_PUD && get_next_vma(P4D_MASK, PUD_SIZE, args, &start, &end))
4180                 goto restart;
4181
4182         end = round_up(end, P4D_SIZE);
4183 done:
4184         if (!end || !args->vma)
4185                 return 1;
4186
4187         walk->next_addr = max(end, args->vma->vm_start);
4188
4189         return -EAGAIN;
4190 }
4191
4192 static void walk_mm(struct lruvec *lruvec, struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
4193 {
4194         static const struct mm_walk_ops mm_walk_ops = {
4195                 .test_walk = should_skip_vma,
4196                 .p4d_entry = walk_pud_range,
4197         };
4198
4199         int err;
4200         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4201
4202         walk->next_addr = FIRST_USER_ADDRESS;
4203
4204         do {
4205                 err = -EBUSY;
4206
4207                 /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4208                 if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4209                         break;
4210
4211                 /* the caller might be holding the lock for write */
4212                 if (mmap_read_trylock(mm)) {
4213                         err = walk_page_range(mm, walk->next_addr, ULONG_MAX, &mm_walk_ops, walk);
4214
4215                         mmap_read_unlock(mm);
4216                 }
4217
4218                 mem_cgroup_unlock_pages();
4219
4220                 if (walk->batched) {
4221                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4222                         reset_batch_size(lruvec, walk);
4223                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4224                 }
4225
4226                 cond_resched();
4227         } while (err == -EAGAIN);
4228 }
4229
4230 static struct lru_gen_mm_walk *set_mm_walk(struct pglist_data *pgdat)
4231 {
4232         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4233
4234         if (pgdat && current_is_kswapd()) {
4235                 VM_WARN_ON_ONCE(walk);
4236
4237                 walk = &pgdat->mm_walk;
4238         } else if (!pgdat && !walk) {
4239                 VM_WARN_ON_ONCE(current_is_kswapd());
4240
4241                 walk = kzalloc(sizeof(*walk), __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
4242         }
4243
4244         current->reclaim_state->mm_walk = walk;
4245
4246         return walk;
4247 }
4248
4249 static void clear_mm_walk(void)
4250 {
4251         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4252
4253         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->nr_pages, 0, sizeof(walk->nr_pages)));
4254         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->mm_stats, 0, sizeof(walk->mm_stats)));
4255
4256         current->reclaim_state->mm_walk = NULL;
4257
4258         if (!current_is_kswapd())
4259                 kfree(walk);
4260 }
4261
4262 static bool inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, int type, bool can_swap)
4263 {
4264         int zone;
4265         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4266         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4267         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4268
4269         if (type == LRU_GEN_ANON && !can_swap)
4270                 goto done;
4271
4272         /* prevent cold/hot inversion if force_scan is true */
4273         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4274                 struct list_head *head = &lrugen->lists[old_gen][type][zone];
4275
4276                 while (!list_empty(head)) {
4277                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4278
4279                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4280                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4281                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4282                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4283
4284                         new_gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4285                         list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[new_gen][type][zone]);
4286
4287                         if (!--remaining)
4288                                 return false;
4289                 }
4290         }
4291 done:
4292         reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4293         WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], lrugen->min_seq[type] + 1);
4294
4295         return true;
4296 }
4297
4298 static bool try_to_inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap)
4299 {
4300         int gen, type, zone;
4301         bool success = false;
4302         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4303         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4304
4305         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4306
4307         /* find the oldest populated generation */
4308         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4309                 while (min_seq[type] + MIN_NR_GENS <= lrugen->max_seq) {
4310                         gen = lru_gen_from_seq(min_seq[type]);
4311
4312                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4313                                 if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
4314                                         goto next;
4315                         }
4316
4317                         min_seq[type]++;
4318                 }
4319 next:
4320                 ;
4321         }
4322
4323         /* see the comment on lru_gen_struct */
4324         if (can_swap) {
4325                 min_seq[LRU_GEN_ANON] = min(min_seq[LRU_GEN_ANON], min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4326                 min_seq[LRU_GEN_FILE] = max(min_seq[LRU_GEN_ANON], lrugen->min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4327         }
4328
4329         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4330                 if (min_seq[type] == lrugen->min_seq[type])
4331                         continue;
4332
4333                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4334                 WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], min_seq[type]);
4335                 success = true;
4336         }
4337
4338         return success;
4339 }
4340
4341 static void inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap, bool force_scan)
4342 {
4343         int prev, next;
4344         int type, zone;
4345         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4346
4347         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4348
4349         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4350
4351         for (type = ANON_AND_FILE - 1; type >= 0; type--) {
4352                 if (get_nr_gens(lruvec, type) != MAX_NR_GENS)
4353                         continue;
4354
4355                 VM_WARN_ON_ONCE(!force_scan && (type == LRU_GEN_FILE || can_swap));
4356
4357                 while (!inc_min_seq(lruvec, type, can_swap)) {
4358                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4359                         cond_resched();
4360                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4361                 }
4362         }
4363
4364         /*
4365          * Update the active/inactive LRU sizes for compatibility. Both sides of
4366          * the current max_seq need to be covered, since max_seq+1 can overlap
4367          * with min_seq[LRU_GEN_ANON] if swapping is constrained. And if they do
4368          * overlap, cold/hot inversion happens.
4369          */
4370         prev = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq - 1);
4371         next = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq + 1);
4372
4373         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4374                 for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4375                         enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
4376                         long delta = lrugen->nr_pages[prev][type][zone] -
4377                                      lrugen->nr_pages[next][type][zone];
4378
4379                         if (!delta)
4380                                 continue;
4381
4382                         __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
4383                         __update_lru_size(lruvec, lru + LRU_ACTIVE, zone, -delta);
4384                 }
4385         }
4386
4387         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++)
4388                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, false);
4389
4390         WRITE_ONCE(lrugen->timestamps[next], jiffies);
4391         /* make sure preceding modifications appear */
4392         smp_store_release(&lrugen->max_seq, lrugen->max_seq + 1);
4393
4394         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4395 }
4396
4397 static bool try_to_inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq,
4398                                struct scan_control *sc, bool can_swap, bool force_scan)
4399 {
4400         bool success;
4401         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4402         struct mm_struct *mm = NULL;
4403         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4404
4405         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq > READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4406
4407         /* see the comment in iterate_mm_list() */
4408         if (max_seq <= READ_ONCE(lruvec->mm_state.seq)) {
4409                 success = false;
4410                 goto done;
4411         }
4412
4413         /*
4414          * If the hardware doesn't automatically set the accessed bit, fallback
4415          * to lru_gen_look_around(), which only clears the accessed bit in a
4416          * handful of PTEs. Spreading the work out over a period of time usually
4417          * is less efficient, but it avoids bursty page faults.
4418          */
4419         if (!force_scan && !(arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))) {
4420                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4421                 goto done;
4422         }
4423
4424         walk = set_mm_walk(NULL);
4425         if (!walk) {
4426                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4427                 goto done;
4428         }
4429
4430         walk->lruvec = lruvec;
4431         walk->max_seq = max_seq;
4432         walk->can_swap = can_swap;
4433         walk->force_scan = force_scan;
4434
4435         do {
4436                 success = iterate_mm_list(lruvec, walk, &mm);
4437                 if (mm)
4438                         walk_mm(lruvec, mm, walk);
4439
4440                 cond_resched();
4441         } while (mm);
4442 done:
4443         if (!success) {
4444                 if (sc->priority <= DEF_PRIORITY - 2)
4445                         wait_event_killable(lruvec->mm_state.wait,
4446                                             max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4447
4448                 return max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq);
4449         }
4450
4451         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq != READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4452
4453         inc_max_seq(lruvec, can_swap, force_scan);
4454         /* either this sees any waiters or they will see updated max_seq */
4455         if (wq_has_sleeper(&lruvec->mm_state.wait))
4456                 wake_up_all(&lruvec->mm_state.wait);
4457
4458         return true;
4459 }
4460
4461 static bool should_run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
4462                              struct scan_control *sc, bool can_swap, unsigned long *nr_to_scan)
4463 {
4464         int gen, type, zone;
4465         unsigned long old = 0;
4466         unsigned long young = 0;
4467         unsigned long total = 0;
4468         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4469         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4470
4471         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4472                 unsigned long seq;
4473
4474                 for (seq = min_seq[type]; seq <= max_seq; seq++) {
4475                         unsigned long size = 0;
4476
4477                         gen = lru_gen_from_seq(seq);
4478
4479                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
4480                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
4481
4482                         total += size;
4483                         if (seq == max_seq)
4484                                 young += size;
4485                         else if (seq + MIN_NR_GENS == max_seq)
4486                                 old += size;
4487                 }
4488         }
4489
4490         /* try to scrape all its memory if this memcg was deleted */
4491         *nr_to_scan = mem_cgroup_online(memcg) ? (total >> sc->priority) : total;
4492
4493         /*
4494          * The aging tries to be lazy to reduce the overhead, while the eviction
4495          * stalls when the number of generations reaches MIN_NR_GENS. Hence, the
4496          * ideal number of generations is MIN_NR_GENS+1.
4497          */
4498         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS > max_seq)
4499                 return true;
4500         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS < max_seq)
4501                 return false;
4502
4503         /*
4504          * It's also ideal to spread pages out evenly, i.e., 1/(MIN_NR_GENS+1)
4505          * of the total number of pages for each generation. A reasonable range
4506          * for this average portion is [1/MIN_NR_GENS, 1/(MIN_NR_GENS+2)]. The
4507          * aging cares about the upper bound of hot pages, while the eviction
4508          * cares about the lower bound of cold pages.
4509          */
4510         if (young * MIN_NR_GENS > total)
4511                 return true;
4512         if (old * (MIN_NR_GENS + 2) < total)
4513                 return true;
4514
4515         return false;
4516 }
4517
4518 static bool age_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, unsigned long min_ttl)
4519 {
4520         bool need_aging;
4521         unsigned long nr_to_scan;
4522         int swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
4523         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4524         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4525         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4526
4527         VM_WARN_ON_ONCE(sc->memcg_low_reclaim);
4528
4529         mem_cgroup_calculate_protection(NULL, memcg);
4530
4531         if (mem_cgroup_below_min(NULL, memcg))
4532                 return false;
4533
4534         need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, swappiness, &nr_to_scan);
4535
4536         if (min_ttl) {
4537                 int gen = lru_gen_from_seq(min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4538                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
4539
4540                 if (time_is_after_jiffies(birth + min_ttl))
4541                         return false;
4542
4543                 /* the size is likely too small to be helpful */
4544                 if (!nr_to_scan && sc->priority != DEF_PRIORITY)
4545                         return false;
4546         }
4547
4548         if (need_aging)
4549                 try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, swappiness, false);
4550
4551         return true;
4552 }
4553
4554 /* to protect the working set of the last N jiffies */
4555 static unsigned long lru_gen_min_ttl __read_mostly;
4556
4557 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
4558 {
4559         struct mem_cgroup *memcg;
4560         bool success = false;
4561         unsigned long min_ttl = READ_ONCE(lru_gen_min_ttl);
4562
4563         VM_WARN_ON_ONCE(!current_is_kswapd());
4564
4565         sc->last_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
4566
4567         /*
4568          * To reduce the chance of going into the aging path, which can be
4569          * costly, optimistically skip it if the flag below was cleared in the
4570          * eviction path. This improves the overall performance when multiple
4571          * memcgs are available.
4572          */
4573         if (!sc->memcgs_need_aging) {
4574                 sc->memcgs_need_aging = true;
4575                 return;
4576         }
4577
4578         set_mm_walk(pgdat);
4579
4580         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
4581         do {
4582                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4583
4584                 if (age_lruvec(lruvec, sc, min_ttl))
4585                         success = true;
4586
4587                 cond_resched();
4588         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
4589
4590         clear_mm_walk();
4591
4592         /* check the order to exclude compaction-induced reclaim */
4593         if (success || !min_ttl || sc->order)
4594                 return;
4595
4596         /*
4597          * The main goal is to OOM kill if every generation from all memcgs is
4598          * younger than min_ttl. However, another possibility is all memcgs are
4599          * either below min or empty.
4600          */
4601         if (mutex_trylock(&oom_lock)) {
4602                 struct oom_control oc = {
4603                         .gfp_mask = sc->gfp_mask,
4604                 };
4605
4606                 out_of_memory(&oc);
4607
4608                 mutex_unlock(&oom_lock);
4609         }
4610 }
4611
4612 /*
4613  * This function exploits spatial locality when shrink_folio_list() walks the
4614  * rmap. It scans the adjacent PTEs of a young PTE and promotes hot pages. If
4615  * the scan was done cacheline efficiently, it adds the PMD entry pointing to
4616  * the PTE table to the Bloom filter. This forms a feedback loop between the
4617  * eviction and the aging.
4618  */
4619 void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
4620 {
4621         int i;
4622         pte_t *pte;
4623         unsigned long start;
4624         unsigned long end;
4625         unsigned long addr;
4626         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4627         int young = 0;
4628         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4629         struct folio *folio = pfn_folio(pvmw->pfn);
4630         struct mem_cgroup *memcg = folio_memcg(folio);
4631         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
4632         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4633         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4634         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(max_seq);
4635
4636         lockdep_assert_held(pvmw->ptl);
4637         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
4638
4639         if (spin_is_contended(pvmw->ptl))
4640                 return;
4641
4642         /* avoid taking the LRU lock under the PTL when possible */
4643         walk = current->reclaim_state ? current->reclaim_state->mm_walk : NULL;
4644
4645         start = max(pvmw->address & PMD_MASK, pvmw->vma->vm_start);
4646         end = min(pvmw->address | ~PMD_MASK, pvmw->vma->vm_end - 1) + 1;
4647
4648         if (end - start > MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE) {
4649                 if (pvmw->address - start < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4650                         end = start + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4651                 else if (end - pvmw->address < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4652                         start = end - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4653                 else {
4654                         start = pvmw->address - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4655                         end = pvmw->address + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4656                 }
4657         }
4658
4659         pte = pvmw->pte - (pvmw->address - start) / PAGE_SIZE;
4660
4661         rcu_read_lock();
4662         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4663
4664         for (i = 0, addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
4665                 unsigned long pfn;
4666
4667                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], pvmw->vma, addr);
4668                 if (pfn == -1)
4669                         continue;
4670
4671                 if (!pte_young(pte[i]))
4672                         continue;
4673
4674                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, !walk || walk->can_swap);
4675                 if (!folio)
4676                         continue;
4677
4678                 if (!ptep_test_and_clear_young(pvmw->vma, addr, pte + i))
4679                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
4680
4681                 young++;
4682
4683                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4684                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4685                       !folio_test_swapcache(folio)))
4686                         folio_mark_dirty(folio);
4687
4688                 old_gen = folio_lru_gen(folio);
4689                 if (old_gen < 0)
4690                         folio_set_referenced(folio);
4691                 else if (old_gen != new_gen)
4692                         __set_bit(i, bitmap);
4693         }
4694
4695         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4696         rcu_read_unlock();
4697
4698         /* feedback from rmap walkers to page table walkers */
4699         if (suitable_to_scan(i, young))
4700                 update_bloom_filter(lruvec, max_seq, pvmw->pmd);
4701
4702         if (!walk && bitmap_weight(bitmap, MIN_LRU_BATCH) < PAGEVEC_SIZE) {
4703                 for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4704                         folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4705                         folio_activate(folio);
4706                 }
4707                 return;
4708         }
4709
4710         /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4711         if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4712                 return;
4713
4714         if (!walk) {
4715                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4716                 new_gen = lru_gen_from_seq(lruvec->lrugen.max_seq);
4717         }
4718
4719         for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4720                 folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4721                 if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
4722                         continue;
4723
4724                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4725                 if (old_gen < 0 || old_gen == new_gen)
4726                         continue;
4727
4728                 if (walk)
4729                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4730                 else
4731                         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
4732         }
4733
4734         if (!walk)
4735                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4736
4737         mem_cgroup_unlock_pages();
4738 }
4739
4740 /******************************************************************************
4741  *                          the eviction
4742  ******************************************************************************/
4743
4744 static bool sort_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, int tier_idx)
4745 {
4746         bool success;
4747         int gen = folio_lru_gen(folio);
4748         int type = folio_is_file_lru(folio);
4749         int zone = folio_zonenum(folio);
4750         int delta = folio_nr_pages(folio);
4751         int refs = folio_lru_refs(folio);
4752         int tier = lru_tier_from_refs(refs);
4753         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4754
4755         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(gen >= MAX_NR_GENS, folio);
4756
4757         /* unevictable */
4758         if (!folio_evictable(folio)) {
4759                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4760                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4761                 folio_set_unevictable(folio);
4762                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
4763                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, delta);
4764                 return true;
4765         }
4766
4767         /* dirty lazyfree */
4768         if (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_anon(folio) && folio_test_dirty(folio)) {
4769                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4770                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4771                 folio_set_swapbacked(folio);
4772                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
4773                 return true;
4774         }
4775
4776         /* promoted */
4777         if (gen != lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type])) {
4778                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4779                 return true;
4780         }
4781
4782         /* protected */
4783         if (tier > tier_idx) {
4784                 int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4785
4786                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4787                 list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4788
4789                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1],
4790                            lrugen->protected[hist][type][tier - 1] + delta);
4791                 __mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + type, delta);
4792                 return true;
4793         }
4794
4795         /* waiting for writeback */
4796         if (folio_test_locked(folio) || folio_test_writeback(folio) ||
4797             (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_dirty(folio))) {
4798                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, true);
4799                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4800                 return true;
4801         }
4802
4803         return false;
4804 }
4805
4806 static bool isolate_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, struct scan_control *sc)
4807 {
4808         bool success;
4809
4810         /* unmapping inhibited */
4811         if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
4812                 return false;
4813
4814         /* swapping inhibited */
4815         if (!(sc->may_writepage && (sc->gfp_mask & __GFP_IO)) &&
4816             (folio_test_dirty(folio) ||
4817              (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapcache(folio))))
4818                 return false;
4819
4820         /* raced with release_pages() */
4821         if (!folio_try_get(folio))
4822                 return false;
4823
4824         /* raced with another isolation */
4825         if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
4826                 folio_put(folio);
4827                 return false;
4828         }
4829
4830         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
4831         if (!folio_test_referenced(folio))
4832                 set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS, 0);
4833
4834         /* for shrink_folio_list() */
4835         folio_clear_reclaim(folio);
4836         folio_clear_referenced(folio);
4837
4838         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4839         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4840
4841         return true;
4842 }
4843
4844 static int scan_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
4845                        int type, int tier, struct list_head *list)
4846 {
4847         int gen, zone;
4848         enum vm_event_item item;
4849         int sorted = 0;
4850         int scanned = 0;
4851         int isolated = 0;
4852         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4853         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4854         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4855
4856         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(list));
4857
4858         if (get_nr_gens(lruvec, type) == MIN_NR_GENS)
4859                 return 0;
4860
4861         gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4862
4863         for (zone = sc->reclaim_idx; zone >= 0; zone--) {
4864                 LIST_HEAD(moved);
4865                 int skipped = 0;
4866                 struct list_head *head = &lrugen->lists[gen][type][zone];
4867
4868                 while (!list_empty(head)) {
4869                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4870                         int delta = folio_nr_pages(folio);
4871
4872                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4873                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4874                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4875                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4876
4877                         scanned += delta;
4878
4879                         if (sort_folio(lruvec, folio, tier))
4880                                 sorted += delta;
4881                         else if (isolate_folio(lruvec, folio, sc)) {
4882                                 list_add(&folio->lru, list);
4883                                 isolated += delta;
4884                         } else {
4885                                 list_move(&folio->lru, &moved);
4886                                 skipped += delta;
4887                         }
4888
4889                         if (!--remaining || max(isolated, skipped) >= MIN_LRU_BATCH)
4890                                 break;
4891                 }
4892
4893                 if (skipped) {
4894                         list_splice(&moved, head);
4895                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zone, skipped);
4896                 }
4897
4898                 if (!remaining || isolated >= MIN_LRU_BATCH)
4899                         break;
4900         }
4901
4902         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
4903         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
4904                 __count_vm_events(item, isolated);
4905                 __count_vm_events(PGREFILL, sorted);
4906         }
4907         __count_memcg_events(memcg, item, isolated);
4908         __count_memcg_events(memcg, PGREFILL, sorted);
4909         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + type, isolated);
4910
4911         /*
4912          * There might not be eligible pages due to reclaim_idx, may_unmap and
4913          * may_writepage. Check the remaining to prevent livelock if it's not
4914          * making progress.
4915          */
4916         return isolated || !remaining ? scanned : 0;
4917 }
4918
4919 static int get_tier_idx(struct lruvec *lruvec, int type)
4920 {
4921         int tier;
4922         struct ctrl_pos sp, pv;
4923
4924         /*
4925          * To leave a margin for fluctuations, use a larger gain factor (1:2).
4926          * This value is chosen because any other tier would have at least twice
4927          * as many refaults as the first tier.
4928          */
4929         read_ctrl_pos(lruvec, type, 0, 1, &sp);
4930         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4931                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, 2, &pv);
4932                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4933                         break;
4934         }
4935
4936         return tier - 1;
4937 }
4938
4939 static int get_type_to_scan(struct lruvec *lruvec, int swappiness, int *tier_idx)
4940 {
4941         int type, tier;
4942         struct ctrl_pos sp, pv;
4943         int gain[ANON_AND_FILE] = { swappiness, 200 - swappiness };
4944
4945         /*
4946          * Compare the first tier of anon with that of file to determine which
4947          * type to scan. Also need to compare other tiers of the selected type
4948          * with the first tier of the other type to determine the last tier (of
4949          * the selected type) to evict.
4950          */
4951         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_ANON, 0, gain[LRU_GEN_ANON], &sp);
4952         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_FILE, 0, gain[LRU_GEN_FILE], &pv);
4953         type = positive_ctrl_err(&sp, &pv);
4954
4955         read_ctrl_pos(lruvec, !type, 0, gain[!type], &sp);
4956         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4957                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, gain[type], &pv);
4958                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4959                         break;
4960         }
4961
4962         *tier_idx = tier - 1;
4963
4964         return type;
4965 }
4966
4967 static int isolate_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
4968                           int *type_scanned, struct list_head *list)
4969 {
4970         int i;
4971         int type;
4972         int scanned;
4973         int tier = -1;
4974         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4975
4976         /*
4977          * Try to make the obvious choice first. When anon and file are both
4978          * available from the same generation, interpret swappiness 1 as file
4979          * first and 200 as anon first.
4980          */
4981         if (!swappiness)
4982                 type = LRU_GEN_FILE;
4983         else if (min_seq[LRU_GEN_ANON] < min_seq[LRU_GEN_FILE])
4984                 type = LRU_GEN_ANON;
4985         else if (swappiness == 1)
4986                 type = LRU_GEN_FILE;
4987         else if (swappiness == 200)
4988                 type = LRU_GEN_ANON;
4989         else
4990                 type = get_type_to_scan(lruvec, swappiness, &tier);
4991
4992         for (i = !swappiness; i < ANON_AND_FILE; i++) {
4993                 if (tier < 0)
4994                         tier = get_tier_idx(lruvec, type);
4995
4996                 scanned = scan_folios(lruvec, sc, type, tier, list);
4997                 if (scanned)
4998                         break;
4999
5000                 type = !type;
5001                 tier = -1;
5002         }
5003
5004         *type_scanned = type;
5005
5006         return scanned;
5007 }
5008
5009 static int evict_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
5010                         bool *need_swapping)
5011 {
5012         int type;
5013         int scanned;
5014         int reclaimed;
5015         LIST_HEAD(list);
5016         LIST_HEAD(clean);
5017         struct folio *folio;
5018         struct folio *next;
5019         enum vm_event_item item;
5020         struct reclaim_stat stat;
5021         struct lru_gen_mm_walk *walk;
5022         bool skip_retry = false;
5023         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5024         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
5025
5026         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5027
5028         scanned = isolate_folios(lruvec, sc, swappiness, &type, &list);
5029
5030         scanned += try_to_inc_min_seq(lruvec, swappiness);
5031
5032         if (get_nr_gens(lruvec, !swappiness) == MIN_NR_GENS)
5033                 scanned = 0;
5034
5035         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5036
5037         if (list_empty(&list))
5038                 return scanned;
5039 retry:
5040         reclaimed = shrink_folio_list(&list, pgdat, sc, &stat, false);
5041         sc->nr_reclaimed += reclaimed;
5042
5043         list_for_each_entry_safe_reverse(folio, next, &list, lru) {
5044                 if (!folio_evictable(folio)) {
5045                         list_del(&folio->lru);
5046                         folio_putback_lru(folio);
5047                         continue;
5048                 }
5049
5050                 if (folio_test_reclaim(folio) &&
5051                     (folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio))) {
5052                         /* restore LRU_REFS_FLAGS cleared by isolate_folio() */
5053                         if (folio_test_workingset(folio))
5054                                 folio_set_referenced(folio);
5055                         continue;
5056                 }
5057
5058                 if (skip_retry || folio_test_active(folio) || folio_test_referenced(folio) ||
5059                     folio_mapped(folio) || folio_test_locked(folio) ||
5060                     folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio)) {
5061                         /* don't add rejected folios to the oldest generation */
5062                         set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS,
5063                                       BIT(PG_active));
5064                         continue;
5065                 }
5066
5067                 /* retry folios that may have missed folio_rotate_reclaimable() */
5068                 list_move(&folio->lru, &clean);
5069                 sc->nr_scanned -= folio_nr_pages(folio);
5070         }
5071
5072         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5073
5074         move_folios_to_lru(lruvec, &list);
5075
5076         walk = current->reclaim_state->mm_walk;
5077         if (walk && walk->batched)
5078                 reset_batch_size(lruvec, walk);
5079
5080         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
5081         if (!cgroup_reclaim(sc))
5082                 __count_vm_events(item, reclaimed);
5083         __count_memcg_events(memcg, item, reclaimed);
5084         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + type, reclaimed);
5085
5086         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5087
5088         mem_cgroup_uncharge_list(&list);
5089         free_unref_page_list(&list);
5090
5091         INIT_LIST_HEAD(&list);
5092         list_splice_init(&clean, &list);
5093
5094         if (!list_empty(&list)) {
5095                 skip_retry = true;
5096                 goto retry;
5097         }
5098
5099         if (need_swapping && type == LRU_GEN_ANON)
5100                 *need_swapping = true;
5101
5102         return scanned;
5103 }
5104
5105 /*
5106  * For future optimizations:
5107  * 1. Defer try_to_inc_max_seq() to workqueues to reduce latency for memcg
5108  *    reclaim.
5109  */
5110 static unsigned long get_nr_to_scan(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
5111                                     bool can_swap, bool *need_aging)
5112 {
5113         unsigned long nr_to_scan;
5114         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5115         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5116         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5117
5118         if (mem_cgroup_below_min(sc->target_mem_cgroup, memcg) ||
5119             (mem_cgroup_below_low(sc->target_mem_cgroup, memcg) &&
5120              !sc->memcg_low_reclaim))
5121                 return 0;
5122
5123         *need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, can_swap, &nr_to_scan);
5124         if (!*need_aging)
5125                 return nr_to_scan;
5126
5127         /* skip the aging path at the default priority */
5128         if (sc->priority == DEF_PRIORITY)
5129                 goto done;
5130
5131         /* leave the work to lru_gen_age_node() */
5132         if (current_is_kswapd())
5133                 return 0;
5134
5135         if (try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, false))
5136                 return nr_to_scan;
5137 done:
5138         return min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS <= max_seq ? nr_to_scan : 0;
5139 }
5140
5141 static bool should_abort_scan(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq,
5142                               struct scan_control *sc, bool need_swapping)
5143 {
5144         int i;
5145         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5146
5147         if (!current_is_kswapd()) {
5148                 /* age each memcg at most once to ensure fairness */
5149                 if (max_seq - seq > 1)
5150                         return true;
5151
5152                 /* over-swapping can increase allocation latency */
5153                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim && need_swapping)
5154                         return true;
5155
5156                 /* give this thread a chance to exit and free its memory */
5157                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5158                         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5159                         return true;
5160                 }
5161
5162                 if (cgroup_reclaim(sc))
5163                         return false;
5164         } else if (sc->nr_reclaimed - sc->last_reclaimed < sc->nr_to_reclaim)
5165                 return false;
5166
5167         /* keep scanning at low priorities to ensure fairness */
5168         if (sc->priority > DEF_PRIORITY - 2)
5169                 return false;
5170
5171         /*
5172          * A minimum amount of work was done under global memory pressure. For
5173          * kswapd, it may be overshooting. For direct reclaim, the allocation
5174          * may succeed if all suitable zones are somewhat safe. In either case,
5175          * it's better to stop now, and restart later if necessary.
5176          */
5177         for (i = 0; i <= sc->reclaim_idx; i++) {
5178                 unsigned long wmark;
5179                 struct zone *zone = lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones + i;
5180
5181                 if (!managed_zone(zone))
5182                         continue;
5183
5184                 wmark = current_is_kswapd() ? high_wmark_pages(zone) : low_wmark_pages(zone);
5185                 if (wmark > zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES))
5186                         return false;
5187         }
5188
5189         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5190
5191         return true;
5192 }
5193
5194 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5195 {
5196         struct blk_plug plug;
5197         bool need_aging = false;
5198         bool need_swapping = false;
5199         unsigned long scanned = 0;
5200         unsigned long reclaimed = sc->nr_reclaimed;
5201         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5202
5203         lru_add_drain();
5204
5205         blk_start_plug(&plug);
5206
5207         set_mm_walk(lruvec_pgdat(lruvec));
5208
5209         while (true) {
5210                 int delta;
5211                 int swappiness;
5212                 unsigned long nr_to_scan;
5213
5214                 if (sc->may_swap)
5215                         swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5216                 else if (!cgroup_reclaim(sc) && get_swappiness(lruvec, sc))
5217                         swappiness = 1;
5218                 else
5219                         swappiness = 0;
5220
5221                 nr_to_scan = get_nr_to_scan(lruvec, sc, swappiness, &need_aging);
5222                 if (!nr_to_scan)
5223                         goto done;
5224
5225                 delta = evict_folios(lruvec, sc, swappiness, &need_swapping);
5226                 if (!delta)
5227                         goto done;
5228
5229                 scanned += delta;
5230                 if (scanned >= nr_to_scan)
5231                         break;
5232
5233                 if (should_abort_scan(lruvec, max_seq, sc, need_swapping))
5234                         break;
5235
5236                 cond_resched();
5237         }
5238
5239         /* see the comment in lru_gen_age_node() */
5240         if (sc->nr_reclaimed - reclaimed >= MIN_LRU_BATCH && !need_aging)
5241                 sc->memcgs_need_aging = false;
5242 done:
5243         clear_mm_walk();
5244
5245         blk_finish_plug(&plug);
5246 }
5247
5248 /******************************************************************************
5249  *                          state change
5250  ******************************************************************************/
5251
5252 static bool __maybe_unused state_is_valid(struct lruvec *lruvec)
5253 {
5254         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5255
5256         if (lrugen->enabled) {
5257                 enum lru_list lru;
5258
5259                 for_each_evictable_lru(lru) {
5260                         if (!list_empty(&lruvec->lists[lru]))
5261                                 return false;
5262                 }
5263         } else {
5264                 int gen, type, zone;
5265
5266                 for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5267                         if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
5268                                 return false;
5269                 }
5270         }
5271
5272         return true;
5273 }
5274
5275 static bool fill_evictable(struct lruvec *lruvec)
5276 {
5277         enum lru_list lru;
5278         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5279
5280         for_each_evictable_lru(lru) {
5281                 int type = is_file_lru(lru);
5282                 bool active = is_active_lru(lru);
5283                 struct list_head *head = &lruvec->lists[lru];
5284
5285                 while (!list_empty(head)) {
5286                         bool success;
5287                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5288
5289                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5290                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio) != active, folio);
5291                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5292                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_lru_gen(folio) != -1, folio);
5293
5294                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
5295                         success = lru_gen_add_folio(lruvec, folio, false);
5296                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5297
5298                         if (!--remaining)
5299                                 return false;
5300                 }
5301         }
5302
5303         return true;
5304 }
5305
5306 static bool drain_evictable(struct lruvec *lruvec)
5307 {
5308         int gen, type, zone;
5309         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5310
5311         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5312                 struct list_head *head = &lruvec->lrugen.lists[gen][type][zone];
5313
5314                 while (!list_empty(head)) {
5315                         bool success;
5316                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5317
5318                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5319                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
5320                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5321                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
5322
5323                         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, false);
5324                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5325                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
5326
5327                         if (!--remaining)
5328                                 return false;
5329                 }
5330         }
5331
5332         return true;
5333 }
5334
5335 static void lru_gen_change_state(bool enabled)
5336 {
5337         static DEFINE_MUTEX(state_mutex);
5338
5339         struct mem_cgroup *memcg;
5340
5341         cgroup_lock();
5342         cpus_read_lock();
5343         get_online_mems();
5344         mutex_lock(&state_mutex);
5345
5346         if (enabled == lru_gen_enabled())
5347                 goto unlock;
5348
5349         if (enabled)
5350                 static_branch_enable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5351         else
5352                 static_branch_disable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5353
5354         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5355         do {
5356                 int nid;
5357
5358                 for_each_node(nid) {
5359                         struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5360
5361                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5362
5363                         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
5364                         VM_WARN_ON_ONCE(!state_is_valid(lruvec));
5365
5366                         lruvec->lrugen.enabled = enabled;
5367
5368                         while (!(enabled ? fill_evictable(lruvec) : drain_evictable(lruvec))) {
5369                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5370                                 cond_resched();
5371                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5372                         }
5373
5374                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5375                 }
5376
5377                 cond_resched();
5378         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5379 unlock:
5380         mutex_unlock(&state_mutex);
5381         put_online_mems();
5382         cpus_read_unlock();
5383         cgroup_unlock();
5384 }
5385
5386 /******************************************************************************
5387  *                          sysfs interface
5388  ******************************************************************************/
5389
5390 static ssize_t show_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5391 {
5392         return sprintf(buf, "%u\n", jiffies_to_msecs(READ_ONCE(lru_gen_min_ttl)));
5393 }
5394
5395 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5396 static ssize_t store_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5397                              const char *buf, size_t len)
5398 {
5399         unsigned int msecs;
5400
5401         if (kstrtouint(buf, 0, &msecs))
5402                 return -EINVAL;
5403
5404         WRITE_ONCE(lru_gen_min_ttl, msecs_to_jiffies(msecs));
5405
5406         return len;
5407 }
5408
5409 static struct kobj_attribute lru_gen_min_ttl_attr = __ATTR(
5410         min_ttl_ms, 0644, show_min_ttl, store_min_ttl
5411 );
5412
5413 static ssize_t show_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5414 {
5415         unsigned int caps = 0;
5416
5417         if (get_cap(LRU_GEN_CORE))
5418                 caps |= BIT(LRU_GEN_CORE);
5419
5420         if (arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))
5421                 caps |= BIT(LRU_GEN_MM_WALK);
5422
5423         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() && get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
5424                 caps |= BIT(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG);
5425
5426         return sysfs_emit(buf, "0x%04x\n", caps);
5427 }
5428
5429 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5430 static ssize_t store_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5431                              const char *buf, size_t len)
5432 {
5433         int i;
5434         unsigned int caps;
5435
5436         if (tolower(*buf) == 'n')
5437                 caps = 0;
5438         else if (tolower(*buf) == 'y')
5439                 caps = -1;
5440         else if (kstrtouint(buf, 0, &caps))
5441                 return -EINVAL;
5442
5443         for (i = 0; i < NR_LRU_GEN_CAPS; i++) {
5444                 bool enabled = caps & BIT(i);
5445
5446                 if (i == LRU_GEN_CORE)
5447                         lru_gen_change_state(enabled);
5448                 else if (enabled)
5449                         static_branch_enable(&lru_gen_caps[i]);
5450                 else
5451                         static_branch_disable(&lru_gen_caps[i]);
5452         }
5453
5454         return len;
5455 }
5456
5457 static struct kobj_attribute lru_gen_enabled_attr = __ATTR(
5458         enabled, 0644, show_enabled, store_enabled
5459 );
5460
5461 static struct attribute *lru_gen_attrs[] = {
5462         &lru_gen_min_ttl_attr.attr,
5463         &lru_gen_enabled_attr.attr,
5464         NULL
5465 };
5466
5467 static struct attribute_group lru_gen_attr_group = {
5468         .name = "lru_gen",
5469         .attrs = lru_gen_attrs,
5470 };
5471
5472 /******************************************************************************
5473  *                          debugfs interface
5474  ******************************************************************************/
5475
5476 static void *lru_gen_seq_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
5477 {
5478         struct mem_cgroup *memcg;
5479         loff_t nr_to_skip = *pos;
5480
5481         m->private = kvmalloc(PATH_MAX, GFP_KERNEL);
5482         if (!m->private)
5483                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
5484
5485         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5486         do {
5487                 int nid;
5488
5489                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5490                         if (!nr_to_skip--)
5491                                 return get_lruvec(memcg, nid);
5492                 }
5493         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5494
5495         return NULL;
5496 }
5497
5498 static void lru_gen_seq_stop(struct seq_file *m, void *v)
5499 {
5500         if (!IS_ERR_OR_NULL(v))
5501                 mem_cgroup_iter_break(NULL, lruvec_memcg(v));
5502
5503         kvfree(m->private);
5504         m->private = NULL;
5505 }
5506
5507 static void *lru_gen_seq_next(struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos)
5508 {
5509         int nid = lruvec_pgdat(v)->node_id;
5510         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(v);
5511
5512         ++*pos;
5513
5514         nid = next_memory_node(nid);
5515         if (nid == MAX_NUMNODES) {
5516                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
5517                 if (!memcg)
5518                         return NULL;
5519
5520                 nid = first_memory_node;
5521         }
5522
5523         return get_lruvec(memcg, nid);
5524 }
5525
5526 static void lru_gen_seq_show_full(struct seq_file *m, struct lruvec *lruvec,
5527                                   unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
5528                                   unsigned long seq)
5529 {
5530         int i;
5531         int type, tier;
5532         int hist = lru_hist_from_seq(seq);
5533         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5534
5535         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
5536                 seq_printf(m, "            %10d", tier);
5537                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5538                         const char *s = "   ";
5539                         unsigned long n[3] = {};
5540
5541                         if (seq == max_seq) {
5542                                 s = "RT ";
5543                                 n[0] = READ_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier]);
5544                                 n[1] = READ_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier]);
5545                         } else if (seq == min_seq[type] || NR_HIST_GENS > 1) {
5546                                 s = "rep";
5547                                 n[0] = atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
5548                                 n[1] = atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
5549                                 if (tier)
5550                                         n[2] = READ_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1]);
5551                         }
5552
5553                         for (i = 0; i < 3; i++)
5554                                 seq_printf(m, " %10lu%c", n[i], s[i]);
5555                 }
5556                 seq_putc(m, '\n');
5557         }
5558
5559         seq_puts(m, "                      ");
5560         for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
5561                 const char *s = "      ";
5562                 unsigned long n = 0;
5563
5564                 if (seq == max_seq && NR_HIST_GENS == 1) {
5565                         s = "LOYNFA";
5566                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5567                 } else if (seq != max_seq && NR_HIST_GENS > 1) {
5568                         s = "loynfa";
5569                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5570                 }
5571
5572                 seq_printf(m, " %10lu%c", n, s[i]);
5573         }
5574         seq_putc(m, '\n');
5575 }
5576
5577 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5578 static int lru_gen_seq_show(struct seq_file *m, void *v)
5579 {
5580         unsigned long seq;
5581         bool full = !debugfs_real_fops(m->file)->write;
5582         struct lruvec *lruvec = v;
5583         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5584         int nid = lruvec_pgdat(lruvec)->node_id;
5585         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5586         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5587         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5588
5589         if (nid == first_memory_node) {
5590                 const char *path = memcg ? m->private : "";
5591
5592 #ifdef CONFIG_MEMCG
5593                 if (memcg)
5594                         cgroup_path(memcg->css.cgroup, m->private, PATH_MAX);
5595 #endif
5596                 seq_printf(m, "memcg %5hu %s\n", mem_cgroup_id(memcg), path);
5597         }
5598
5599         seq_printf(m, " node %5d\n", nid);
5600
5601         if (!full)
5602                 seq = min_seq[LRU_GEN_ANON];
5603         else if (max_seq >= MAX_NR_GENS)
5604                 seq = max_seq - MAX_NR_GENS + 1;
5605         else
5606                 seq = 0;
5607
5608         for (; seq <= max_seq; seq++) {
5609                 int type, zone;
5610                 int gen = lru_gen_from_seq(seq);
5611                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
5612
5613                 seq_printf(m, " %10lu %10u", seq, jiffies_to_msecs(jiffies - birth));
5614
5615                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5616                         unsigned long size = 0;
5617                         char mark = full && seq < min_seq[type] ? 'x' : ' ';
5618
5619                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
5620                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
5621
5622                         seq_printf(m, " %10lu%c", size, mark);
5623                 }
5624
5625                 seq_putc(m, '\n');
5626
5627                 if (full)
5628                         lru_gen_seq_show_full(m, lruvec, max_seq, min_seq, seq);
5629         }
5630
5631         return 0;
5632 }
5633
5634 static const struct seq_operations lru_gen_seq_ops = {
5635         .start = lru_gen_seq_start,
5636         .stop = lru_gen_seq_stop,
5637         .next = lru_gen_seq_next,
5638         .show = lru_gen_seq_show,
5639 };
5640
5641 static int run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5642                      bool can_swap, bool force_scan)
5643 {
5644         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5645         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5646
5647         if (seq < max_seq)
5648                 return 0;
5649
5650         if (seq > max_seq)
5651                 return -EINVAL;
5652
5653         if (!force_scan && min_seq[!can_swap] + MAX_NR_GENS - 1 <= max_seq)
5654                 return -ERANGE;
5655
5656         try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, force_scan);
5657
5658         return 0;
5659 }
5660
5661 static int run_eviction(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5662                         int swappiness, unsigned long nr_to_reclaim)
5663 {
5664         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5665
5666         if (seq + MIN_NR_GENS > max_seq)
5667                 return -EINVAL;
5668
5669         sc->nr_reclaimed = 0;
5670
5671         while (!signal_pending(current)) {
5672                 DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5673
5674                 if (seq < min_seq[!swappiness])
5675                         return 0;
5676
5677                 if (sc->nr_reclaimed >= nr_to_reclaim)
5678                         return 0;
5679
5680                 if (!evict_folios(lruvec, sc, swappiness, NULL))
5681                         return 0;
5682
5683                 cond_resched();
5684         }
5685
5686         return -EINTR;
5687 }
5688
5689 static int run_cmd(char cmd, int memcg_id, int nid, unsigned long seq,
5690                    struct scan_control *sc, int swappiness, unsigned long opt)
5691 {
5692         struct lruvec *lruvec;
5693         int err = -EINVAL;
5694         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
5695
5696         if (nid < 0 || nid >= MAX_NUMNODES || !node_state(nid, N_MEMORY))
5697                 return -EINVAL;
5698
5699         if (!mem_cgroup_disabled()) {
5700                 rcu_read_lock();
5701                 memcg = mem_cgroup_from_id(memcg_id);
5702 #ifdef CONFIG_MEMCG
5703                 if (memcg && !css_tryget(&memcg->css))
5704                         memcg = NULL;
5705 #endif
5706                 rcu_read_unlock();
5707
5708                 if (!memcg)
5709                         return -EINVAL;
5710         }
5711
5712         if (memcg_id != mem_cgroup_id(memcg))
5713                 goto done;
5714
5715         lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5716
5717         if (swappiness < 0)
5718                 swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5719         else if (swappiness > 200)
5720                 goto done;
5721
5722         switch (cmd) {
5723         case '+':
5724                 err = run_aging(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5725                 break;
5726         case '-':
5727                 err = run_eviction(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5728                 break;
5729         }
5730 done:
5731         mem_cgroup_put(memcg);
5732
5733         return err;
5734 }
5735
5736 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5737 static ssize_t lru_gen_seq_write(struct file *file, const char __user *src,
5738                                  size_t len, loff_t *pos)
5739 {
5740         void *buf;
5741         char *cur, *next;
5742         unsigned int flags;
5743         struct blk_plug plug;
5744         int err = -EINVAL;
5745         struct scan_control sc = {
5746                 .may_writepage = true,
5747                 .may_unmap = true,
5748                 .may_swap = true,
5749                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
5750                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
5751         };
5752
5753         buf = kvmalloc(len + 1, GFP_KERNEL);
5754         if (!buf)
5755                 return -ENOMEM;
5756
5757         if (copy_from_user(buf, src, len)) {
5758                 kvfree(buf);
5759                 return -EFAULT;
5760         }
5761
5762         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
5763         flags = memalloc_noreclaim_save();
5764         blk_start_plug(&plug);
5765         if (!set_mm_walk(NULL)) {
5766                 err = -ENOMEM;
5767                 goto done;
5768         }
5769
5770         next = buf;
5771         next[len] = '\0';
5772
5773         while ((cur = strsep(&next, ",;\n"))) {
5774                 int n;
5775                 int end;
5776                 char cmd;
5777                 unsigned int memcg_id;
5778                 unsigned int nid;
5779                 unsigned long seq;
5780                 unsigned int swappiness = -1;
5781                 unsigned long opt = -1;
5782
5783                 cur = skip_spaces(cur);
5784                 if (!*cur)
5785                         continue;
5786
5787                 n = sscanf(cur, "%c %u %u %lu %n %u %n %lu %n", &cmd, &memcg_id, &nid,
5788                            &seq, &end, &swappiness, &end, &opt, &end);
5789                 if (n < 4 || cur[end]) {
5790                         err = -EINVAL;
5791                         break;
5792                 }
5793
5794                 err = run_cmd(cmd, memcg_id, nid, seq, &sc, swappiness, opt);
5795                 if (err)
5796                         break;
5797         }
5798 done:
5799         clear_mm_walk();
5800         blk_finish_plug(&plug);
5801         memalloc_noreclaim_restore(flags);
5802         set_task_reclaim_state(current, NULL);
5803
5804         kvfree(buf);
5805
5806         return err ? : len;
5807 }
5808
5809 static int lru_gen_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
5810 {
5811         return seq_open(file, &lru_gen_seq_ops);
5812 }
5813
5814 static const struct file_operations lru_gen_rw_fops = {
5815         .open = lru_gen_seq_open,
5816         .read = seq_read,
5817         .write = lru_gen_seq_write,
5818         .llseek = seq_lseek,
5819         .release = seq_release,
5820 };
5821
5822 static const struct file_operations lru_gen_ro_fops = {
5823         .open = lru_gen_seq_open,
5824         .read = seq_read,
5825         .llseek = seq_lseek,
5826         .release = seq_release,
5827 };
5828
5829 /******************************************************************************
5830  *                          initialization
5831  ******************************************************************************/
5832
5833 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
5834 {
5835         int i;
5836         int gen, type, zone;
5837         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5838
5839         lrugen->max_seq = MIN_NR_GENS + 1;
5840         lrugen->enabled = lru_gen_enabled();
5841
5842         for (i = 0; i <= MIN_NR_GENS + 1; i++)
5843                 lrugen->timestamps[i] = jiffies;
5844
5845         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)
5846                 INIT_LIST_HEAD(&lrugen->lists[gen][type][zone]);
5847
5848         lruvec->mm_state.seq = MIN_NR_GENS;
5849         init_waitqueue_head(&lruvec->mm_state.wait);
5850 }
5851
5852 #ifdef CONFIG_MEMCG
5853 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5854 {
5855         INIT_LIST_HEAD(&memcg->mm_list.fifo);
5856         spin_lock_init(&memcg->mm_list.lock);
5857 }
5858
5859 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5860 {
5861         int i;
5862         int nid;
5863
5864         for_each_node(nid) {
5865                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5866
5867                 VM_WARN_ON_ONCE(memchr_inv(lruvec->lrugen.nr_pages, 0,
5868                                            sizeof(lruvec->lrugen.nr_pages)));
5869
5870                 for (i = 0; i < NR_BLOOM_FILTERS; i++) {
5871                         bitmap_free(lruvec->mm_state.filters[i]);
5872                         lruvec->mm_state.filters[i] = NULL;
5873                 }
5874         }
5875 }
5876 #endif
5877
5878 static int __init init_lru_gen(void)
5879 {
5880         BUILD_BUG_ON(MIN_NR_GENS + 1 >= MAX_NR_GENS);
5881         BUILD_BUG_ON(BIT(LRU_GEN_WIDTH) <= MAX_NR_GENS);
5882
5883         if (sysfs_create_group(mm_kobj, &lru_gen_attr_group))
5884                 pr_err("lru_gen: failed to create sysfs group\n");
5885
5886         debugfs_create_file("lru_gen", 0644, NULL, NULL, &lru_gen_rw_fops);
5887         debugfs_create_file("lru_gen_full", 0444, NULL, NULL, &lru_gen_ro_fops);
5888
5889         return 0;
5890 };
5891 late_initcall(init_lru_gen);
5892
5893 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
5894
5895 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
5896 {
5897 }
5898
5899 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5900 {
5901 }
5902
5903 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
5904
5905 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5906 {
5907         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
5908         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
5909         unsigned long nr_to_scan;
5910         enum lru_list lru;
5911         unsigned long nr_reclaimed = 0;
5912         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
5913         bool proportional_reclaim;
5914         struct blk_plug plug;
5915
5916         if (lru_gen_enabled()) {
5917                 lru_gen_shrink_lruvec(lruvec, sc);
5918                 return;
5919         }
5920
5921         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
5922
5923         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
5924         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
5925
5926         /*
5927          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
5928          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
5929          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
5930          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
5931          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
5932          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
5933          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
5934          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
5935          * dropped to zero at the first pass.
5936          */
5937         proportional_reclaim = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
5938                                 sc->priority == DEF_PRIORITY);
5939
5940         blk_start_plug(&plug);
5941         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
5942                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
5943                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
5944                 unsigned long nr_scanned;
5945
5946                 for_each_evictable_lru(lru) {
5947                         if (nr[lru]) {
5948                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
5949                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
5950
5951                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
5952                                                             lruvec, sc);
5953                         }
5954                 }
5955
5956                 cond_resched();
5957
5958                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || proportional_reclaim)
5959                         continue;
5960
5961                 /*
5962                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
5963                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
5964                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
5965                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
5966                  * proportional to the original scan target.
5967                  */
5968                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
5969                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
5970
5971                 /*
5972                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
5973                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
5974                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
5975                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
5976                  */
5977                 if (!nr_file || !nr_anon)
5978                         break;
5979
5980                 if (nr_file > nr_anon) {
5981                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
5982                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
5983                         lru = LRU_BASE;
5984                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
5985                 } else {
5986                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
5987                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
5988                         lru = LRU_FILE;
5989                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
5990                 }
5991
5992                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
5993                 nr[lru] = 0;
5994                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
5995
5996                 /*
5997                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
5998                  * scan target and the percentage scanning already complete
5999                  */
6000                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
6001                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6002                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6003                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6004
6005                 lru += LRU_ACTIVE;
6006                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6007                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6008                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6009         }
6010         blk_finish_plug(&plug);
6011         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
6012
6013         /*
6014          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
6015          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
6016          */
6017         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
6018             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6019                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6020                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6021 }
6022
6023 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
6024 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
6025 {
6026         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
6027                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
6028                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
6029                 return true;
6030
6031         return false;
6032 }
6033
6034 /*
6035  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
6036  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
6037  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
6038  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
6039  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
6040  */
6041 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
6042                                         unsigned long nr_reclaimed,
6043                                         struct scan_control *sc)
6044 {
6045         unsigned long pages_for_compaction;
6046         unsigned long inactive_lru_pages;
6047         int z;
6048
6049         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
6050         if (!in_reclaim_compaction(sc))
6051                 return false;
6052
6053         /*
6054          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
6055          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
6056          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
6057          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
6058          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
6059          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
6060          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
6061          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
6062          */
6063         if (!nr_reclaimed)
6064                 return false;
6065
6066         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
6067         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6068                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
6069                 if (!managed_zone(zone))
6070                         continue;
6071
6072                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
6073                 case COMPACT_SUCCESS:
6074                 case COMPACT_CONTINUE:
6075                         return false;
6076                 default:
6077                         /* check next zone */
6078                         ;
6079                 }
6080         }
6081
6082         /*
6083          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
6084          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
6085          */
6086         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
6087         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
6088         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
6089                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
6090
6091         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
6092 }
6093
6094 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6095 {
6096         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
6097         struct mem_cgroup *memcg;
6098
6099         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
6100         do {
6101                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6102                 unsigned long reclaimed;
6103                 unsigned long scanned;
6104
6105                 /*
6106                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
6107                  * aren't eligible for reclaim - either because they
6108                  * don't have any reclaimable pages, or because their
6109                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
6110                  */
6111                 cond_resched();
6112
6113                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
6114
6115                 if (mem_cgroup_below_min(target_memcg, memcg)) {
6116                         /*
6117                          * Hard protection.
6118                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
6119                          */
6120                         continue;
6121                 } else if (mem_cgroup_below_low(target_memcg, memcg)) {
6122                         /*
6123                          * Soft protection.
6124                          * Respect the protection only as long as
6125                          * there is an unprotected supply
6126                          * of reclaimable memory from other cgroups.
6127                          */
6128                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
6129                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
6130                                 continue;
6131                         }
6132                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
6133                 }
6134
6135                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6136                 scanned = sc->nr_scanned;
6137
6138                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
6139
6140                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
6141                             sc->priority);
6142
6143                 /* Record the group's reclaim efficiency */
6144                 if (!sc->proactive)
6145                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
6146                                    sc->nr_scanned - scanned,
6147                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
6148
6149         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
6150 }
6151
6152 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6153 {
6154         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
6155         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
6156         struct lruvec *target_lruvec;
6157         bool reclaimable = false;
6158
6159         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
6160
6161 again:
6162         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
6163
6164         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6165         nr_scanned = sc->nr_scanned;
6166
6167         prepare_scan_count(pgdat, sc);
6168
6169         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
6170
6171         if (reclaim_state) {
6172                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
6173                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
6174         }
6175
6176         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
6177         if (!sc->proactive)
6178                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
6179                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
6180                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
6181
6182         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
6183                 reclaimable = true;
6184
6185         if (current_is_kswapd()) {
6186                 /*
6187                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
6188                  * it implies that the long-lived page allocation rate
6189                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
6190                  * global limits are not being effective at throttling
6191                  * processes due to the page distribution throughout
6192                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
6193                  * device. The only option is to throttle from reclaim
6194                  * context which is not ideal as there is no guarantee
6195                  * the dirtying process is throttled in the same way
6196                  * balance_dirty_pages() manages.
6197                  *
6198                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
6199                  * count the number of pages under pages flagged for
6200                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
6201                  * in the nr_immediate check below.
6202                  */
6203                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
6204                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6205
6206                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
6207                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
6208                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6209
6210                 /*
6211                  * If kswapd scans pages marked for immediate
6212                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
6213                  * implies that pages are cycling through the LRU
6214                  * faster than they are written so forcibly stall
6215                  * until some pages complete writeback.
6216                  */
6217                 if (sc->nr.immediate)
6218                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
6219         }
6220
6221         /*
6222          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
6223          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
6224          *
6225          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
6226          * stalling in reclaim_throttle().
6227          */
6228         if ((current_is_kswapd() ||
6229              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
6230             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
6231                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
6232
6233         /*
6234          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
6235          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
6236          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
6237          * the LRU too quickly.
6238          */
6239         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
6240             !sc->hibernation_mode &&
6241             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
6242                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED);
6243
6244         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
6245                                     sc))
6246                 goto again;
6247
6248         /*
6249          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
6250          * many failures to reclaim anything from them and goes to
6251          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
6252          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
6253          */
6254         if (reclaimable)
6255                 pgdat->kswapd_failures = 0;
6256 }
6257
6258 /*
6259  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
6260  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
6261  * should reclaim first.
6262  */
6263 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
6264 {
6265         unsigned long watermark;
6266         enum compact_result suitable;
6267
6268         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
6269         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
6270                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
6271                 return true;
6272         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
6273                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
6274                 return false;
6275
6276         /*
6277          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
6278          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
6279          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
6280          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
6281          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
6282          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
6283          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
6284          */
6285         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
6286
6287         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
6288 }
6289
6290 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6291 {
6292         /*
6293          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
6294          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
6295          */
6296         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
6297                 wait_queue_head_t *wqh;
6298
6299                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
6300                 if (waitqueue_active(wqh))
6301                         wake_up(wqh);
6302
6303                 return;
6304         }
6305
6306         /*
6307          * Do not throttle kswapd or cgroup reclaim on NOPROGRESS as it will
6308          * throttle on VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages
6309          * under writeback and marked for immediate reclaim at the tail of the
6310          * LRU.
6311          */
6312         if (current_is_kswapd() || cgroup_reclaim(sc))
6313                 return;
6314
6315         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
6316         if (sc->priority == 1 && !sc->nr_reclaimed)
6317                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
6318 }
6319
6320 /*
6321  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
6322  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
6323  * request.
6324  *
6325  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
6326  * scan then give up on it.
6327  */
6328 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
6329 {
6330         struct zoneref *z;
6331         struct zone *zone;
6332         unsigned long nr_soft_reclaimed;
6333         unsigned long nr_soft_scanned;
6334         gfp_t orig_mask;
6335         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
6336         pg_data_t *first_pgdat = NULL;
6337
6338         /*
6339          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
6340          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
6341          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
6342          */
6343         orig_mask = sc->gfp_mask;
6344         if (buffer_heads_over_limit) {
6345                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
6346                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
6347         }
6348
6349         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6350                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
6351                 /*
6352                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
6353                  * to global LRU.
6354                  */
6355                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
6356                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
6357                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
6358                                 continue;
6359
6360                         /*
6361                          * If we already have plenty of memory free for
6362                          * compaction in this zone, don't free any more.
6363                          * Even though compaction is invoked for any
6364                          * non-zero order, only frequent costly order
6365                          * reclamation is disruptive enough to become a
6366                          * noticeable problem, like transparent huge
6367                          * page allocations.
6368                          */
6369                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
6370                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
6371                             compaction_ready(zone, sc)) {
6372                                 sc->compaction_ready = true;
6373                                 continue;
6374                         }
6375
6376                         /*
6377                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
6378                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
6379                          * node may be shrunk multiple times but in that case
6380                          * the user prefers lower zones being preserved.
6381                          */
6382                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6383                                 continue;
6384
6385                         /*
6386                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
6387                          * and returns the number of reclaimed pages and
6388                          * scanned pages. This works for global memory pressure
6389                          * and balancing, not for a memcg's limit.
6390                          */
6391                         nr_soft_scanned = 0;
6392                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
6393                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
6394                                                 &nr_soft_scanned);
6395                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
6396                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
6397                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
6398                 }
6399
6400                 if (!first_pgdat)
6401                         first_pgdat = zone->zone_pgdat;
6402
6403                 /* See comment about same check for global reclaim above */
6404                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6405                         continue;
6406                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6407                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
6408         }
6409
6410         if (first_pgdat)
6411                 consider_reclaim_throttle(first_pgdat, sc);
6412
6413         /*
6414          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
6415          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
6416          */
6417         sc->gfp_mask = orig_mask;
6418 }
6419
6420 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
6421 {
6422         struct lruvec *target_lruvec;
6423         unsigned long refaults;
6424
6425         if (lru_gen_enabled())
6426                 return;
6427
6428         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
6429         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
6430         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] = refaults;
6431         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
6432         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] = refaults;
6433 }
6434
6435 /*
6436  * This is the main entry point to direct page reclaim.
6437  *
6438  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
6439  * are "out of memory" and something needs to be killed.
6440  *
6441  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
6442  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
6443  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
6444  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
6445  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
6446  * work, and the allocation attempt will fail.
6447  *
6448  * returns:     0, if no pages reclaimed
6449  *              else, the number of pages reclaimed
6450  */
6451 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
6452                                           struct scan_control *sc)
6453 {
6454         int initial_priority = sc->priority;
6455         pg_data_t *last_pgdat;
6456         struct zoneref *z;
6457         struct zone *zone;
6458 retry:
6459         delayacct_freepages_start();
6460
6461         if (!cgroup_reclaim(sc))
6462                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
6463
6464         do {
6465                 if (!sc->proactive)
6466                         vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
6467                                         sc->priority);
6468                 sc->nr_scanned = 0;
6469                 shrink_zones(zonelist, sc);
6470
6471                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
6472                         break;
6473
6474                 if (sc->compaction_ready)
6475                         break;
6476
6477                 /*
6478                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
6479                  * writepage even in laptop mode.
6480                  */
6481                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
6482                         sc->may_writepage = 1;
6483         } while (--sc->priority >= 0);
6484
6485         last_pgdat = NULL;
6486         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
6487                                         sc->nodemask) {
6488                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6489                         continue;
6490                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6491
6492                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
6493
6494                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
6495                         struct lruvec *lruvec;
6496
6497                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
6498                                                    zone->zone_pgdat);
6499                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6500                 }
6501         }
6502
6503         delayacct_freepages_end();
6504
6505         if (sc->nr_reclaimed)
6506                 return sc->nr_reclaimed;
6507
6508         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
6509         if (sc->compaction_ready)
6510                 return 1;
6511
6512         /*
6513          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
6514          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
6515          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
6516          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
6517          * instead of doing costly eligibility calculations of the
6518          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
6519          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
6520          */
6521         if (sc->skipped_deactivate) {
6522                 sc->priority = initial_priority;
6523                 sc->force_deactivate = 1;
6524                 sc->skipped_deactivate = 0;
6525                 goto retry;
6526         }
6527
6528         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
6529         if (sc->memcg_low_skipped) {
6530                 sc->priority = initial_priority;
6531                 sc->force_deactivate = 0;
6532                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
6533                 sc->memcg_low_skipped = 0;
6534                 goto retry;
6535         }
6536
6537         return 0;
6538 }
6539
6540 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
6541 {
6542         struct zone *zone;
6543         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
6544         unsigned long free_pages = 0;
6545         int i;
6546         bool wmark_ok;
6547
6548         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6549                 return true;
6550
6551         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
6552                 zone = &pgdat->node_zones[i];
6553                 if (!managed_zone(zone))
6554                         continue;
6555
6556                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
6557                         continue;
6558
6559                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
6560                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6561         }
6562
6563         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
6564         if (!pfmemalloc_reserve)
6565                 return true;
6566
6567         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
6568
6569         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
6570         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
6571                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
6572                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
6573
6574                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
6575         }
6576
6577         return wmark_ok;
6578 }
6579
6580 /*
6581  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
6582  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
6583  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
6584  * when the low watermark is reached.
6585  *
6586  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
6587  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
6588  */
6589 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
6590                                         nodemask_t *nodemask)
6591 {
6592         struct zoneref *z;
6593         struct zone *zone;
6594         pg_data_t *pgdat = NULL;
6595
6596         /*
6597          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
6598          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
6599          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
6600          * committing a transaction where throttling it could forcing other
6601          * processes to block on log_wait_commit().
6602          */
6603         if (current->flags & PF_KTHREAD)
6604                 goto out;
6605
6606         /*
6607          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
6608          * It should return quickly so it can exit and free its memory
6609          */
6610         if (fatal_signal_pending(current))
6611                 goto out;
6612
6613         /*
6614          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
6615          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
6616          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
6617          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
6618          *
6619          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
6620          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
6621          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
6622          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
6623          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
6624          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
6625          * should make reasonable progress.
6626          */
6627         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6628                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6629                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
6630                         continue;
6631
6632                 /* Throttle based on the first usable node */
6633                 pgdat = zone->zone_pgdat;
6634                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
6635                         goto out;
6636                 break;
6637         }
6638
6639         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
6640         if (!pgdat)
6641                 goto out;
6642
6643         /* Account for the throttling */
6644         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
6645
6646         /*
6647          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
6648          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
6649          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
6650          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
6651          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
6652          * second before continuing.
6653          */
6654         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
6655                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
6656                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
6657         else
6658                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
6659                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
6660                         allow_direct_reclaim(pgdat));
6661
6662         if (fatal_signal_pending(current))
6663                 return true;
6664
6665 out:
6666         return false;
6667 }
6668
6669 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
6670                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
6671 {
6672         unsigned long nr_reclaimed;
6673         struct scan_control sc = {
6674                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6675                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6676                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
6677                 .order = order,
6678                 .nodemask = nodemask,
6679                 .priority = DEF_PRIORITY,
6680                 .may_writepage = !laptop_mode,
6681                 .may_unmap = 1,
6682                 .may_swap = 1,
6683         };
6684
6685         /*
6686          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
6687          * Confirm they are large enough for max values.
6688          */
6689         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
6690         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
6691         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
6692
6693         /*
6694          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
6695          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
6696          * point.
6697          */
6698         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
6699                 return 1;
6700
6701         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6702         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
6703
6704         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6705
6706         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
6707         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6708
6709         return nr_reclaimed;
6710 }
6711
6712 #ifdef CONFIG_MEMCG
6713
6714 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
6715 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
6716                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
6717                                                 pg_data_t *pgdat,
6718                                                 unsigned long *nr_scanned)
6719 {
6720         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6721         struct scan_control sc = {
6722                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6723                 .target_mem_cgroup = memcg,
6724                 .may_writepage = !laptop_mode,
6725                 .may_unmap = 1,
6726                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6727                 .may_swap = !noswap,
6728         };
6729
6730         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
6731
6732         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
6733                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
6734
6735         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
6736                                                       sc.gfp_mask);
6737
6738         /*
6739          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
6740          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
6741          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
6742          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
6743          * the priority and make it zero.
6744          */
6745         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
6746
6747         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
6748
6749         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
6750
6751         return sc.nr_reclaimed;
6752 }
6753
6754 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
6755                                            unsigned long nr_pages,
6756                                            gfp_t gfp_mask,
6757                                            unsigned int reclaim_options,
6758                                            nodemask_t *nodemask)
6759 {
6760         unsigned long nr_reclaimed;
6761         unsigned int noreclaim_flag;
6762         struct scan_control sc = {
6763                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
6764                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
6765                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
6766                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6767                 .target_mem_cgroup = memcg,
6768                 .priority = DEF_PRIORITY,
6769                 .may_writepage = !laptop_mode,
6770                 .may_unmap = 1,
6771                 .may_swap = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_MAY_SWAP),
6772                 .proactive = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_PROACTIVE),
6773                 .nodemask = nodemask,
6774         };
6775         /*
6776          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
6777          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
6778          * the reclaim does not bail out early.
6779          */
6780         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
6781
6782         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6783         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
6784         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
6785
6786         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6787
6788         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
6789         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
6790         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6791
6792         return nr_reclaimed;
6793 }
6794 #endif
6795
6796 static void kswapd_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
6797 {
6798         struct mem_cgroup *memcg;
6799         struct lruvec *lruvec;
6800
6801         if (lru_gen_enabled()) {
6802                 lru_gen_age_node(pgdat, sc);
6803                 return;
6804         }
6805
6806         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
6807                 return;
6808
6809         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6810         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6811                 return;
6812
6813         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
6814         do {
6815                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6816                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6817                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6818                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
6819         } while (memcg);
6820 }
6821
6822 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
6823 {
6824         int i;
6825         struct zone *zone;
6826
6827         /*
6828          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
6829          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
6830          * should not be checked at the same time as reclaim would
6831          * start prematurely when there is no boosting and a lower
6832          * zone is balanced.
6833          */
6834         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
6835                 zone = pgdat->node_zones + i;
6836                 if (!managed_zone(zone))
6837                         continue;
6838
6839                 if (zone->watermark_boost)
6840                         return true;
6841         }
6842
6843         return false;
6844 }
6845
6846 /*
6847  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
6848  * and highest_zoneidx
6849  */
6850 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
6851 {
6852         int i;
6853         unsigned long mark = -1;
6854         struct zone *zone;
6855
6856         /*
6857          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
6858          * meet watermarks.
6859          */
6860         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6861                 zone = pgdat->node_zones + i;
6862
6863                 if (!managed_zone(zone))
6864                         continue;
6865
6866                 if (sysctl_numa_balancing_mode & NUMA_BALANCING_MEMORY_TIERING)
6867                         mark = wmark_pages(zone, WMARK_PROMO);
6868                 else
6869                         mark = high_wmark_pages(zone);
6870                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
6871                         return true;
6872         }
6873
6874         /*
6875          * If a node has no managed zone within highest_zoneidx, it does not
6876          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
6877          * allocation tries to wake a remote kswapd.
6878          */
6879         if (mark == -1)
6880                 return true;
6881
6882         return false;
6883 }
6884
6885 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
6886 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
6887 {
6888         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6889
6890         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6891         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6892         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6893 }
6894
6895 /*
6896  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
6897  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
6898  *
6899  * Returns true if kswapd is ready to sleep
6900  */
6901 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
6902                                 int highest_zoneidx)
6903 {
6904         /*
6905          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
6906          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
6907          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
6908          * throttled. There is also a potential race if processes get
6909          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
6910          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
6911          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
6912          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
6913          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
6914          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
6915          * that here we are under prepare_to_wait().
6916          */
6917         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
6918                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6919
6920         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
6921         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6922                 return true;
6923
6924         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
6925                 clear_pgdat_congested(pgdat);
6926                 return true;
6927         }
6928
6929         return false;
6930 }
6931
6932 /*
6933  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
6934  * zone that is currently unbalanced.
6935  *
6936  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
6937  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
6938  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
6939  */
6940 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
6941                                struct scan_control *sc)
6942 {
6943         struct zone *zone;
6944         int z;
6945
6946         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
6947         sc->nr_to_reclaim = 0;
6948         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6949                 zone = pgdat->node_zones + z;
6950                 if (!managed_zone(zone))
6951                         continue;
6952
6953                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
6954         }
6955
6956         /*
6957          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
6958          * now pressure is applied based on node LRU order.
6959          */
6960         shrink_node(pgdat, sc);
6961
6962         /*
6963          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
6964          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
6965          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
6966          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
6967          * can direct reclaim/compact.
6968          */
6969         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
6970                 sc->order = 0;
6971
6972         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
6973 }
6974
6975 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
6976 static inline void
6977 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
6978 {
6979         int i;
6980         struct zone *zone;
6981
6982         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6983                 zone = pgdat->node_zones + i;
6984
6985                 if (!managed_zone(zone))
6986                         continue;
6987
6988                 if (active)
6989                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6990                 else
6991                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6992         }
6993 }
6994
6995 static inline void
6996 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
6997 {
6998         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
6999 }
7000
7001 static inline void
7002 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
7003 {
7004         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
7005 }
7006
7007 /*
7008  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
7009  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
7010  * balanced.
7011  *
7012  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
7013  *
7014  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
7015  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
7016  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
7017  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
7018  * balanced.
7019  */
7020 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
7021 {
7022         int i;
7023         unsigned long nr_soft_reclaimed;
7024         unsigned long nr_soft_scanned;
7025         unsigned long pflags;
7026         unsigned long nr_boost_reclaim;
7027         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
7028         bool boosted;
7029         struct zone *zone;
7030         struct scan_control sc = {
7031                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7032                 .order = order,
7033                 .may_unmap = 1,
7034         };
7035
7036         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7037         psi_memstall_enter(&pflags);
7038         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7039
7040         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
7041
7042         /*
7043          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
7044          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
7045          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
7046          */
7047         nr_boost_reclaim = 0;
7048         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7049                 zone = pgdat->node_zones + i;
7050                 if (!managed_zone(zone))
7051                         continue;
7052
7053                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
7054                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
7055         }
7056         boosted = nr_boost_reclaim;
7057
7058 restart:
7059         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7060         sc.priority = DEF_PRIORITY;
7061         do {
7062                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
7063                 bool raise_priority = true;
7064                 bool balanced;
7065                 bool ret;
7066
7067                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
7068
7069                 /*
7070                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
7071                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
7072                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
7073                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
7074                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
7075                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
7076                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
7077                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
7078                  */
7079                 if (buffer_heads_over_limit) {
7080                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
7081                                 zone = pgdat->node_zones + i;
7082                                 if (!managed_zone(zone))
7083                                         continue;
7084
7085                                 sc.reclaim_idx = i;
7086                                 break;
7087                         }
7088                 }
7089
7090                 /*
7091                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
7092                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
7093                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
7094                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
7095                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
7096                  */
7097                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
7098                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
7099                         nr_boost_reclaim = 0;
7100                         goto restart;
7101                 }
7102
7103                 /*
7104                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
7105                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
7106                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
7107                  */
7108                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
7109                         goto out;
7110
7111                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
7112                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
7113                         raise_priority = false;
7114
7115                 /*
7116                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
7117                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
7118                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
7119                  * reclaim will be aborted.
7120                  */
7121                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
7122                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
7123
7124                 /*
7125                  * Do some background aging, to give pages a chance to be
7126                  * referenced before reclaiming. All pages are rotated
7127                  * regardless of classzone as this is about consistent aging.
7128                  */
7129                 kswapd_age_node(pgdat, &sc);
7130
7131                 /*
7132                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
7133                  * even in laptop mode.
7134                  */
7135                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
7136                         sc.may_writepage = 1;
7137
7138                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
7139                 sc.nr_scanned = 0;
7140                 nr_soft_scanned = 0;
7141                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
7142                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
7143                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
7144
7145                 /*
7146                  * There should be no need to raise the scanning priority if
7147                  * enough pages are already being scanned that that high
7148                  * watermark would be met at 100% efficiency.
7149                  */
7150                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
7151                         raise_priority = false;
7152
7153                 /*
7154                  * If the low watermark is met there is no need for processes
7155                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
7156                  * able to safely make forward progress. Wake them
7157                  */
7158                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
7159                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
7160                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7161
7162                 /* Check if kswapd should be suspending */
7163                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7164                 ret = try_to_freeze();
7165                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7166                 if (ret || kthread_should_stop())
7167                         break;
7168
7169                 /*
7170                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
7171                  * progress in reclaiming pages
7172                  */
7173                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
7174                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
7175
7176                 /*
7177                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
7178                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
7179                  * extreme circumstances.
7180                  */
7181                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
7182                         break;
7183
7184                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
7185                         sc.priority--;
7186         } while (sc.priority >= 1);
7187
7188         if (!sc.nr_reclaimed)
7189                 pgdat->kswapd_failures++;
7190
7191 out:
7192         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7193
7194         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
7195         if (boosted) {
7196                 unsigned long flags;
7197
7198                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7199                         if (!zone_boosts[i])
7200                                 continue;
7201
7202                         /* Increments are under the zone lock */
7203                         zone = pgdat->node_zones + i;
7204                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7205                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
7206                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7207                 }
7208
7209                 /*
7210                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
7211                  * pageblocks.
7212                  */
7213                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
7214         }
7215
7216         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
7217         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7218         psi_memstall_leave(&pflags);
7219         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7220
7221         /*
7222          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
7223          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
7224          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
7225          * remain at the higher level.
7226          */
7227         return sc.order;
7228 }
7229
7230 /*
7231  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
7232  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
7233  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
7234  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
7235  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
7236  */
7237 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
7238                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
7239 {
7240         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7241
7242         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
7243 }
7244
7245 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
7246                                 unsigned int highest_zoneidx)
7247 {
7248         long remaining = 0;
7249         DEFINE_WAIT(wait);
7250
7251         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
7252                 return;
7253
7254         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7255
7256         /*
7257          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
7258          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
7259          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
7260          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
7261          * succeed.
7262          */
7263         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7264                 /*
7265                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
7266                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
7267                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
7268                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
7269                  */
7270                 reset_isolation_suitable(pgdat);
7271
7272                 /*
7273                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
7274                  * allocation of the requested order possible.
7275                  */
7276                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
7277
7278                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
7279
7280                 /*
7281                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
7282                  * order. The values will either be from a wakeup request or
7283                  * the previous request that slept prematurely.
7284                  */
7285                 if (remaining) {
7286                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
7287                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7288                                                         highest_zoneidx));
7289
7290                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
7291                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
7292                 }
7293
7294                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7295                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7296         }
7297
7298         /*
7299          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
7300          * go fully to sleep until explicitly woken up.
7301          */
7302         if (!remaining &&
7303             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7304                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
7305
7306                 /*
7307                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
7308                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
7309                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
7310                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
7311                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
7312                  * them before going back to sleep.
7313                  */
7314                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
7315
7316                 if (!kthread_should_stop())
7317                         schedule();
7318
7319                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
7320         } else {
7321                 if (remaining)
7322                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
7323                 else
7324                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
7325         }
7326         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7327 }
7328
7329 /*
7330  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
7331  * from the init process.
7332  *
7333  * This basically trickles out pages so that we have _some_
7334  * free memory available even if there is no other activity
7335  * that frees anything up. This is needed for things like routing
7336  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
7337  * asynchronous contexts that cannot page things out.
7338  *
7339  * If there are applications that are active memory-allocators
7340  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
7341  */
7342 static int kswapd(void *p)
7343 {
7344         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
7345         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
7346         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
7347         struct task_struct *tsk = current;
7348         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
7349
7350         if (!cpumask_empty(cpumask))
7351                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
7352
7353         /*
7354          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
7355          * and that if we need more memory we should get access to it
7356          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
7357          * never get caught in the normal page freeing logic.
7358          *
7359          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
7360          * you need a small amount of memory in order to be able to
7361          * page out something else, and this flag essentially protects
7362          * us from recursively trying to free more memory as we're
7363          * trying to free the first piece of memory in the first place).
7364          */
7365         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD;
7366         set_freezable();
7367
7368         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7369         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7370         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
7371         for ( ; ; ) {
7372                 bool ret;
7373
7374                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7375                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7376                                                         highest_zoneidx);
7377
7378 kswapd_try_sleep:
7379                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
7380                                         highest_zoneidx);
7381
7382                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
7383                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7384                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7385                                                         highest_zoneidx);
7386                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7387                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7388
7389                 ret = try_to_freeze();
7390                 if (kthread_should_stop())
7391                         break;
7392
7393                 /*
7394                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
7395                  * after returning from the refrigerator
7396                  */
7397                 if (ret)
7398                         continue;
7399
7400                 /*
7401                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
7402                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
7403                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
7404                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
7405                  * but kcompactd is woken to compact for the original
7406                  * request (alloc_order).
7407                  */
7408                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
7409                                                 alloc_order);
7410                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
7411                                                 highest_zoneidx);
7412                 if (reclaim_order < alloc_order)
7413                         goto kswapd_try_sleep;
7414         }
7415
7416         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD);
7417
7418         return 0;
7419 }
7420
7421 /*
7422  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
7423  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
7424  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
7425  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
7426  * needed.
7427  */
7428 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
7429                    enum zone_type highest_zoneidx)
7430 {
7431         pg_data_t *pgdat;
7432         enum zone_type curr_idx;
7433
7434         if (!managed_zone(zone))
7435                 return;
7436
7437         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
7438                 return;
7439
7440         pgdat = zone->zone_pgdat;
7441         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7442
7443         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
7444                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
7445
7446         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
7447                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
7448
7449         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
7450                 return;
7451
7452         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
7453         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
7454             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
7455              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
7456                 /*
7457                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
7458                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
7459                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
7460                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
7461                  * ratelimit its work.
7462                  */
7463                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
7464                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
7465                 return;
7466         }
7467
7468         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
7469                                       gfp_flags);
7470         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
7471 }
7472
7473 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
7474 /*
7475  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
7476  * freed pages.
7477  *
7478  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
7479  * LRU order by reclaiming preferentially
7480  * inactive > active > active referenced > active mapped
7481  */
7482 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
7483 {
7484         struct scan_control sc = {
7485                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
7486                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
7487                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
7488                 .priority = DEF_PRIORITY,
7489                 .may_writepage = 1,
7490                 .may_unmap = 1,
7491                 .may_swap = 1,
7492                 .hibernation_mode = 1,
7493         };
7494         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
7495         unsigned long nr_reclaimed;
7496         unsigned int noreclaim_flag;
7497
7498         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7499         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7500         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7501
7502         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
7503
7504         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7505         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7506         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7507
7508         return nr_reclaimed;
7509 }
7510 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
7511
7512 /*
7513  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
7514  */
7515 void kswapd_run(int nid)
7516 {
7517         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7518
7519         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7520         if (!pgdat->kswapd) {
7521                 pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
7522                 if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
7523                         /* failure at boot is fatal */
7524                         BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
7525                         pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
7526                         pgdat->kswapd = NULL;
7527                 }
7528         }
7529         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7530 }
7531
7532 /*
7533  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
7534  * be holding mem_hotplug_begin/done().
7535  */
7536 void kswapd_stop(int nid)
7537 {
7538         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7539         struct task_struct *kswapd;
7540
7541         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7542         kswapd = pgdat->kswapd;
7543         if (kswapd) {
7544                 kthread_stop(kswapd);
7545                 pgdat->kswapd = NULL;
7546         }
7547         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7548 }
7549
7550 static int __init kswapd_init(void)
7551 {
7552         int nid;
7553
7554         swap_setup();
7555         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
7556                 kswapd_run(nid);
7557         return 0;
7558 }
7559
7560 module_init(kswapd_init)
7561
7562 #ifdef CONFIG_NUMA
7563 /*
7564  * Node reclaim mode
7565  *
7566  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
7567  * the watermarks.
7568  */
7569 int node_reclaim_mode __read_mostly;
7570
7571 /*
7572  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
7573  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
7574  * a zone.
7575  */
7576 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
7577
7578 /*
7579  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
7580  * occur.
7581  */
7582 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
7583
7584 /*
7585  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
7586  * slab reclaim needs to occur.
7587  */
7588 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
7589
7590 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
7591 {
7592         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
7593         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
7594                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
7595
7596         /*
7597          * It's possible for there to be more file mapped pages than
7598          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
7599          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
7600          */
7601         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
7602 }
7603
7604 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
7605 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
7606 {
7607         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
7608         unsigned long delta = 0;
7609
7610         /*
7611          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
7612          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
7613          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
7614          * a better estimate
7615          */
7616         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
7617                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
7618         else
7619                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
7620
7621         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
7622         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
7623                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
7624
7625         /* Watch for any possible underflows due to delta */
7626         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
7627                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
7628
7629         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
7630 }
7631
7632 /*
7633  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
7634  */
7635 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7636 {
7637         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
7638         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
7639         struct task_struct *p = current;
7640         unsigned int noreclaim_flag;
7641         struct scan_control sc = {
7642                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
7643                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7644                 .order = order,
7645                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
7646                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
7647                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
7648                 .may_swap = 1,
7649                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
7650         };
7651         unsigned long pflags;
7652
7653         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
7654                                            sc.gfp_mask);
7655
7656         cond_resched();
7657         psi_memstall_enter(&pflags);
7658         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7659         /*
7660          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
7661          */
7662         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7663         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
7664
7665         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages ||
7666             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) > pgdat->min_slab_pages) {
7667                 /*
7668                  * Free memory by calling shrink node with increasing
7669                  * priorities until we have enough memory freed.
7670                  */
7671                 do {
7672                         shrink_node(pgdat, &sc);
7673                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
7674         }
7675
7676         set_task_reclaim_state(p, NULL);
7677         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7678         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7679         psi_memstall_leave(&pflags);
7680
7681         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
7682
7683         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
7684 }
7685
7686 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7687 {
7688         int ret;
7689
7690         /*
7691          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
7692          * slab pages if we are over the defined limits.
7693          *
7694          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
7695          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
7696          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
7697          * if less than a specified percentage of the node is used by
7698          * unmapped file backed pages.
7699          */
7700         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
7701             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
7702             pgdat->min_slab_pages)
7703                 return NODE_RECLAIM_FULL;
7704
7705         /*
7706          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
7707          */
7708         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
7709                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7710
7711         /*
7712          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
7713          * have associated processors. This will favor the local processor
7714          * over remote processors and spread off node memory allocations
7715          * as wide as possible.
7716          */
7717         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
7718                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7719
7720         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
7721                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7722
7723         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
7724         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
7725
7726         if (!ret)
7727                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
7728
7729         return ret;
7730 }
7731 #endif
7732
7733 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
7734 {
7735         struct folio_batch fbatch;
7736         unsigned i;
7737
7738         folio_batch_init(&fbatch);
7739         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
7740                 struct page *page = pvec->pages[i];
7741
7742                 if (PageTransTail(page))
7743                         continue;
7744                 folio_batch_add(&fbatch, page_folio(page));
7745         }
7746         check_move_unevictable_folios(&fbatch);
7747 }
7748 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);
7749
7750 /**
7751  * check_move_unevictable_folios - Move evictable folios to appropriate zone
7752  * lru list
7753  * @fbatch: Batch of lru folios to check.
7754  *
7755  * Checks folios for evictability, if an evictable folio is in the unevictable
7756  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
7757  * should be only used for lru folios.
7758  */
7759 void check_move_unevictable_folios(struct folio_batch *fbatch)
7760 {
7761         struct lruvec *lruvec = NULL;
7762         int pgscanned = 0;
7763         int pgrescued = 0;
7764         int i;
7765
7766         for (i = 0; i < fbatch->nr; i++) {
7767                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
7768                 int nr_pages = folio_nr_pages(folio);
7769
7770                 pgscanned += nr_pages;
7771
7772                 /* block memcg migration while the folio moves between lrus */
7773                 if (!folio_test_clear_lru(folio))
7774                         continue;
7775
7776                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
7777                 if (folio_evictable(folio) && folio_test_unevictable(folio)) {
7778                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
7779                         folio_clear_unevictable(folio);
7780                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
7781                         pgrescued += nr_pages;
7782                 }
7783                 folio_set_lru(folio);
7784         }
7785
7786         if (lruvec) {
7787                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
7788                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7789                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
7790         } else if (pgscanned) {
7791                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7792         }
7793 }
7794 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_folios);