mm, vmstat: remove zone and node double accounting by approximating retries
[linux-2.6-block.git] / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49 #include <linux/dax.h>
50
51 #include <asm/tlbflush.h>
52 #include <asm/div64.h>
53
54 #include <linux/swapops.h>
55 #include <linux/balloon_compaction.h>
56
57 #include "internal.h"
58
59 #define CREATE_TRACE_POINTS
60 #include <trace/events/vmscan.h>
61
62 struct scan_control {
63         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
64         unsigned long nr_to_reclaim;
65
66         /* This context's GFP mask */
67         gfp_t gfp_mask;
68
69         /* Allocation order */
70         int order;
71
72         /*
73          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
74          * are scanned.
75          */
76         nodemask_t      *nodemask;
77
78         /*
79          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
80          * primary target of this reclaim invocation.
81          */
82         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
83
84         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
85         int priority;
86
87         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
88         enum zone_type reclaim_idx;
89
90         unsigned int may_writepage:1;
91
92         /* Can mapped pages be reclaimed? */
93         unsigned int may_unmap:1;
94
95         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
96         unsigned int may_swap:1;
97
98         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
99         unsigned int may_thrash:1;
100
101         unsigned int hibernation_mode:1;
102
103         /* One of the zones is ready for compaction */
104         unsigned int compaction_ready:1;
105
106         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
107         unsigned long nr_scanned;
108
109         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
110         unsigned long nr_reclaimed;
111 };
112
113 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
114 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
115         do {                                                            \
116                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
117                         struct page *prev;                              \
118                                                                         \
119                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
120                         prefetch(&prev->_field);                        \
121                 }                                                       \
122         } while (0)
123 #else
124 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
125 #endif
126
127 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
128 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
129         do {                                                            \
130                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
131                         struct page *prev;                              \
132                                                                         \
133                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
134                         prefetchw(&prev->_field);                       \
135                 }                                                       \
136         } while (0)
137 #else
138 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
139 #endif
140
141 /*
142  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
143  */
144 int vm_swappiness = 60;
145 /*
146  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
147  * zones.
148  */
149 unsigned long vm_total_pages;
150
151 static LIST_HEAD(shrinker_list);
152 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
153
154 #ifdef CONFIG_MEMCG
155 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
156 {
157         return !sc->target_mem_cgroup;
158 }
159
160 /**
161  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
162  * @sc: scan_control in question
163  *
164  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
165  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
166  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
167  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
168  * allocation and configurability.
169  *
170  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
171  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
172  */
173 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
174 {
175         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
176
177         if (!memcg)
178                 return true;
179 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
180         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
181                 return true;
182 #endif
183         return false;
184 }
185 #else
186 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
187 {
188         return true;
189 }
190
191 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
192 {
193         return true;
194 }
195 #endif
196
197 unsigned long pgdat_reclaimable_pages(struct pglist_data *pgdat)
198 {
199         unsigned long nr;
200
201         nr = node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
202              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
203              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
204
205         if (get_nr_swap_pages() > 0)
206                 nr += node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_ANON) +
207                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_ANON) +
208                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
209
210         return nr;
211 }
212
213 bool pgdat_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
214 {
215         return node_page_state_snapshot(pgdat, NR_PAGES_SCANNED) <
216                 pgdat_reclaimable_pages(pgdat) * 6;
217 }
218
219 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
220 {
221         if (!mem_cgroup_disabled())
222                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
223
224         return node_page_state(lruvec_pgdat(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
225 }
226
227 /*
228  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
229  */
230 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
231 {
232         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
233
234         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
235                 size *= nr_node_ids;
236
237         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
238         if (!shrinker->nr_deferred)
239                 return -ENOMEM;
240
241         down_write(&shrinker_rwsem);
242         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
243         up_write(&shrinker_rwsem);
244         return 0;
245 }
246 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
247
248 /*
249  * Remove one
250  */
251 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
252 {
253         down_write(&shrinker_rwsem);
254         list_del(&shrinker->list);
255         up_write(&shrinker_rwsem);
256         kfree(shrinker->nr_deferred);
257 }
258 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
259
260 #define SHRINK_BATCH 128
261
262 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
263                                     struct shrinker *shrinker,
264                                     unsigned long nr_scanned,
265                                     unsigned long nr_eligible)
266 {
267         unsigned long freed = 0;
268         unsigned long long delta;
269         long total_scan;
270         long freeable;
271         long nr;
272         long new_nr;
273         int nid = shrinkctl->nid;
274         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
275                                           : SHRINK_BATCH;
276
277         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
278         if (freeable == 0)
279                 return 0;
280
281         /*
282          * copy the current shrinker scan count into a local variable
283          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
284          * don't also do this scanning work.
285          */
286         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
287
288         total_scan = nr;
289         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
290         delta *= freeable;
291         do_div(delta, nr_eligible + 1);
292         total_scan += delta;
293         if (total_scan < 0) {
294                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
295                        shrinker->scan_objects, total_scan);
296                 total_scan = freeable;
297         }
298
299         /*
300          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
301          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
302          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
303          * nr being built up so when a shrink that can do some work
304          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
305          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
306          * memory.
307          *
308          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
309          * a large delta change is calculated directly.
310          */
311         if (delta < freeable / 4)
312                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
313
314         /*
315          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
316          * never try to free more than twice the estimate number of
317          * freeable entries.
318          */
319         if (total_scan > freeable * 2)
320                 total_scan = freeable * 2;
321
322         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
323                                    nr_scanned, nr_eligible,
324                                    freeable, delta, total_scan);
325
326         /*
327          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
328          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
329          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
330          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
331          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
332          * objects spread over several slabs with usage less than the
333          * batch_size.
334          *
335          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
336          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
337          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
338          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
339          * possible.
340          */
341         while (total_scan >= batch_size ||
342                total_scan >= freeable) {
343                 unsigned long ret;
344                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
345
346                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
347                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
348                 if (ret == SHRINK_STOP)
349                         break;
350                 freed += ret;
351
352                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
353                 total_scan -= nr_to_scan;
354
355                 cond_resched();
356         }
357
358         /*
359          * move the unused scan count back into the shrinker in a
360          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
361          * scan, there is no need to do an update.
362          */
363         if (total_scan > 0)
364                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
365                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
366         else
367                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
368
369         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
370         return freed;
371 }
372
373 /**
374  * shrink_slab - shrink slab caches
375  * @gfp_mask: allocation context
376  * @nid: node whose slab caches to target
377  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
378  * @nr_scanned: pressure numerator
379  * @nr_eligible: pressure denominator
380  *
381  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
382  *
383  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
384  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
385  *
386  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
387  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
388  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
389  * shrinkers are called.
390  *
391  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
392  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
393  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
394  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
395  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
396  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
397  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
398  *
399  * Returns the number of reclaimed slab objects.
400  */
401 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
402                                  struct mem_cgroup *memcg,
403                                  unsigned long nr_scanned,
404                                  unsigned long nr_eligible)
405 {
406         struct shrinker *shrinker;
407         unsigned long freed = 0;
408
409         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
410                 return 0;
411
412         if (nr_scanned == 0)
413                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
414
415         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
416                 /*
417                  * If we would return 0, our callers would understand that we
418                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
419                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
420                  * time.
421                  */
422                 freed = 1;
423                 goto out;
424         }
425
426         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
427                 struct shrink_control sc = {
428                         .gfp_mask = gfp_mask,
429                         .nid = nid,
430                         .memcg = memcg,
431                 };
432
433                 /*
434                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
435                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
436                  * passing NULL for memcg.
437                  */
438                 if (memcg_kmem_enabled() &&
439                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
440                         continue;
441
442                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
443                         sc.nid = 0;
444
445                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
446         }
447
448         up_read(&shrinker_rwsem);
449 out:
450         cond_resched();
451         return freed;
452 }
453
454 void drop_slab_node(int nid)
455 {
456         unsigned long freed;
457
458         do {
459                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
460
461                 freed = 0;
462                 do {
463                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
464                                              1000, 1000);
465                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
466         } while (freed > 10);
467 }
468
469 void drop_slab(void)
470 {
471         int nid;
472
473         for_each_online_node(nid)
474                 drop_slab_node(nid);
475 }
476
477 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
478 {
479         /*
480          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
481          * that isolated the page, the page cache radix tree and
482          * optional buffer heads at page->private.
483          */
484         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
485 }
486
487 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
488 {
489         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
490                 return 1;
491         if (!inode_write_congested(inode))
492                 return 1;
493         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
494                 return 1;
495         return 0;
496 }
497
498 /*
499  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
500  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
501  * fsync(), msync() or close().
502  *
503  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
504  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
505  * that page is locked, the mapping is pinned.
506  *
507  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
508  * __GFP_FS.
509  */
510 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
511                                 struct page *page, int error)
512 {
513         lock_page(page);
514         if (page_mapping(page) == mapping)
515                 mapping_set_error(mapping, error);
516         unlock_page(page);
517 }
518
519 /* possible outcome of pageout() */
520 typedef enum {
521         /* failed to write page out, page is locked */
522         PAGE_KEEP,
523         /* move page to the active list, page is locked */
524         PAGE_ACTIVATE,
525         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
526         PAGE_SUCCESS,
527         /* page is clean and locked */
528         PAGE_CLEAN,
529 } pageout_t;
530
531 /*
532  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
533  * Calls ->writepage().
534  */
535 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
536                          struct scan_control *sc)
537 {
538         /*
539          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
540          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
541          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
542          * stalls if we need to run get_block().  We could test
543          * PagePrivate for that.
544          *
545          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
546          * this page's queue, we can perform writeback even if that
547          * will block.
548          *
549          * If the page is swapcache, write it back even if that would
550          * block, for some throttling. This happens by accident, because
551          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
552          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
553          */
554         if (!is_page_cache_freeable(page))
555                 return PAGE_KEEP;
556         if (!mapping) {
557                 /*
558                  * Some data journaling orphaned pages can have
559                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
560                  */
561                 if (page_has_private(page)) {
562                         if (try_to_free_buffers(page)) {
563                                 ClearPageDirty(page);
564                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
565                                 return PAGE_CLEAN;
566                         }
567                 }
568                 return PAGE_KEEP;
569         }
570         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
571                 return PAGE_ACTIVATE;
572         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
573                 return PAGE_KEEP;
574
575         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
576                 int res;
577                 struct writeback_control wbc = {
578                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
579                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
580                         .range_start = 0,
581                         .range_end = LLONG_MAX,
582                         .for_reclaim = 1,
583                 };
584
585                 SetPageReclaim(page);
586                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
587                 if (res < 0)
588                         handle_write_error(mapping, page, res);
589                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
590                         ClearPageReclaim(page);
591                         return PAGE_ACTIVATE;
592                 }
593
594                 if (!PageWriteback(page)) {
595                         /* synchronous write or broken a_ops? */
596                         ClearPageReclaim(page);
597                 }
598                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
599                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
600                 return PAGE_SUCCESS;
601         }
602
603         return PAGE_CLEAN;
604 }
605
606 /*
607  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
608  * gets returned with a refcount of 0.
609  */
610 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
611                             bool reclaimed)
612 {
613         unsigned long flags;
614
615         BUG_ON(!PageLocked(page));
616         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
617
618         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
619         /*
620          * The non racy check for a busy page.
621          *
622          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
623          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
624          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
625          * here, then the following race may occur:
626          *
627          * get_user_pages(&page);
628          * [user mapping goes away]
629          * write_to(page);
630          *                              !PageDirty(page)    [good]
631          * SetPageDirty(page);
632          * put_page(page);
633          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
634          *
635          * [oops, our write_to data is lost]
636          *
637          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
638          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
639          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
640          *
641          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
642          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
643          */
644         if (!page_ref_freeze(page, 2))
645                 goto cannot_free;
646         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
647         if (unlikely(PageDirty(page))) {
648                 page_ref_unfreeze(page, 2);
649                 goto cannot_free;
650         }
651
652         if (PageSwapCache(page)) {
653                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
654                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
655                 __delete_from_swap_cache(page);
656                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
657                 swapcache_free(swap);
658         } else {
659                 void (*freepage)(struct page *);
660                 void *shadow = NULL;
661
662                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
663                 /*
664                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
665                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
666                  *
667                  * But don't store shadows in an address space that is
668                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
669                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
670                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
671                  * back.
672                  *
673                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
674                  * only page cache pages found in these are zero pages
675                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
676                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
677                  * same page_tree.
678                  */
679                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
680                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
681                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
682                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
683                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
684
685                 if (freepage != NULL)
686                         freepage(page);
687         }
688
689         return 1;
690
691 cannot_free:
692         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
693         return 0;
694 }
695
696 /*
697  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
698  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
699  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
700  * this page.
701  */
702 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
703 {
704         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
705                 /*
706                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
707                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
708                  * atomic operation.
709                  */
710                 page_ref_unfreeze(page, 1);
711                 return 1;
712         }
713         return 0;
714 }
715
716 /**
717  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
718  * @page: page to be put back to appropriate lru list
719  *
720  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
721  * Page may still be unevictable for other reasons.
722  *
723  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
724  */
725 void putback_lru_page(struct page *page)
726 {
727         bool is_unevictable;
728         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
729
730         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
731
732 redo:
733         ClearPageUnevictable(page);
734
735         if (page_evictable(page)) {
736                 /*
737                  * For evictable pages, we can use the cache.
738                  * In event of a race, worst case is we end up with an
739                  * unevictable page on [in]active list.
740                  * We know how to handle that.
741                  */
742                 is_unevictable = false;
743                 lru_cache_add(page);
744         } else {
745                 /*
746                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
747                  * list.
748                  */
749                 is_unevictable = true;
750                 add_page_to_unevictable_list(page);
751                 /*
752                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
753                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
754                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
755                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
756                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
757                  * the page back to the evictable list.
758                  *
759                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
760                  */
761                 smp_mb();
762         }
763
764         /*
765          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
766          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
767          * check after we added it to the list, again.
768          */
769         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
770                 if (!isolate_lru_page(page)) {
771                         put_page(page);
772                         goto redo;
773                 }
774                 /* This means someone else dropped this page from LRU
775                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
776                  * nothing to do here.
777                  */
778         }
779
780         if (was_unevictable && !is_unevictable)
781                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
782         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
783                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
784
785         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
786 }
787
788 enum page_references {
789         PAGEREF_RECLAIM,
790         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
791         PAGEREF_KEEP,
792         PAGEREF_ACTIVATE,
793 };
794
795 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
796                                                   struct scan_control *sc)
797 {
798         int referenced_ptes, referenced_page;
799         unsigned long vm_flags;
800
801         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
802                                           &vm_flags);
803         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
804
805         /*
806          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
807          * move the page to the unevictable list.
808          */
809         if (vm_flags & VM_LOCKED)
810                 return PAGEREF_RECLAIM;
811
812         if (referenced_ptes) {
813                 if (PageSwapBacked(page))
814                         return PAGEREF_ACTIVATE;
815                 /*
816                  * All mapped pages start out with page table
817                  * references from the instantiating fault, so we need
818                  * to look twice if a mapped file page is used more
819                  * than once.
820                  *
821                  * Mark it and spare it for another trip around the
822                  * inactive list.  Another page table reference will
823                  * lead to its activation.
824                  *
825                  * Note: the mark is set for activated pages as well
826                  * so that recently deactivated but used pages are
827                  * quickly recovered.
828                  */
829                 SetPageReferenced(page);
830
831                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
832                         return PAGEREF_ACTIVATE;
833
834                 /*
835                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
836                  */
837                 if (vm_flags & VM_EXEC)
838                         return PAGEREF_ACTIVATE;
839
840                 return PAGEREF_KEEP;
841         }
842
843         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
844         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
845                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
846
847         return PAGEREF_RECLAIM;
848 }
849
850 /* Check if a page is dirty or under writeback */
851 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
852                                        bool *dirty, bool *writeback)
853 {
854         struct address_space *mapping;
855
856         /*
857          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
858          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
859          */
860         if (!page_is_file_cache(page)) {
861                 *dirty = false;
862                 *writeback = false;
863                 return;
864         }
865
866         /* By default assume that the page flags are accurate */
867         *dirty = PageDirty(page);
868         *writeback = PageWriteback(page);
869
870         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
871         if (!page_has_private(page))
872                 return;
873
874         mapping = page_mapping(page);
875         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
876                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
877 }
878
879 /*
880  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
881  */
882 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
883                                       struct pglist_data *pgdat,
884                                       struct scan_control *sc,
885                                       enum ttu_flags ttu_flags,
886                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
887                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
888                                       unsigned long *ret_nr_congested,
889                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
890                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
891                                       bool force_reclaim)
892 {
893         LIST_HEAD(ret_pages);
894         LIST_HEAD(free_pages);
895         int pgactivate = 0;
896         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
897         unsigned long nr_dirty = 0;
898         unsigned long nr_congested = 0;
899         unsigned long nr_reclaimed = 0;
900         unsigned long nr_writeback = 0;
901         unsigned long nr_immediate = 0;
902
903         cond_resched();
904
905         while (!list_empty(page_list)) {
906                 struct address_space *mapping;
907                 struct page *page;
908                 int may_enter_fs;
909                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
910                 bool dirty, writeback;
911                 bool lazyfree = false;
912                 int ret = SWAP_SUCCESS;
913
914                 cond_resched();
915
916                 page = lru_to_page(page_list);
917                 list_del(&page->lru);
918
919                 if (!trylock_page(page))
920                         goto keep;
921
922                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
923
924                 sc->nr_scanned++;
925
926                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
927                         goto cull_mlocked;
928
929                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
930                         goto keep_locked;
931
932                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
933                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
934                         sc->nr_scanned++;
935
936                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
937                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
938
939                 /*
940                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
941                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
942                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
943                  * is all dirty unqueued pages.
944                  */
945                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
946                 if (dirty || writeback)
947                         nr_dirty++;
948
949                 if (dirty && !writeback)
950                         nr_unqueued_dirty++;
951
952                 /*
953                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
954                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
955                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
956                  * end of the LRU a second time.
957                  */
958                 mapping = page_mapping(page);
959                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
960                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
961                     (writeback && PageReclaim(page)))
962                         nr_congested++;
963
964                 /*
965                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
966                  * are three cases to consider.
967                  *
968                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
969                  *    under writeback and this page is both under writeback and
970                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
971                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
972                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
973                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
974                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
975                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
976                  *    caller can stall after page list has been processed.
977                  *
978                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
979                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
980                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
981                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
982                  *    reclaim and continue scanning.
983                  *
984                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
985                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
986                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
987                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
988                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
989                  *    would probably show more reasons.
990                  *
991                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
992                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
993                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
994                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
995                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
996                  */
997                 if (PageWriteback(page)) {
998                         /* Case 1 above */
999                         if (current_is_kswapd() &&
1000                             PageReclaim(page) &&
1001                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1002                                 nr_immediate++;
1003                                 goto keep_locked;
1004
1005                         /* Case 2 above */
1006                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1007                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1008                                 /*
1009                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1010                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1011                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1012                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1013                                  * enough to care.  What we do want is for this
1014                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1015                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1016                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1017                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1018                                  */
1019                                 SetPageReclaim(page);
1020                                 nr_writeback++;
1021                                 goto keep_locked;
1022
1023                         /* Case 3 above */
1024                         } else {
1025                                 unlock_page(page);
1026                                 wait_on_page_writeback(page);
1027                                 /* then go back and try same page again */
1028                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1029                                 continue;
1030                         }
1031                 }
1032
1033                 if (!force_reclaim)
1034                         references = page_check_references(page, sc);
1035
1036                 switch (references) {
1037                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1038                         goto activate_locked;
1039                 case PAGEREF_KEEP:
1040                         goto keep_locked;
1041                 case PAGEREF_RECLAIM:
1042                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1043                         ; /* try to reclaim the page below */
1044                 }
1045
1046                 /*
1047                  * Anonymous process memory has backing store?
1048                  * Try to allocate it some swap space here.
1049                  */
1050                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1051                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1052                                 goto keep_locked;
1053                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1054                                 goto activate_locked;
1055                         lazyfree = true;
1056                         may_enter_fs = 1;
1057
1058                         /* Adding to swap updated mapping */
1059                         mapping = page_mapping(page);
1060                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1061                         /* Split file THP */
1062                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1063                                 goto keep_locked;
1064                 }
1065
1066                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransHuge(page), page);
1067
1068                 /*
1069                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1070                  * processes. Try to unmap it here.
1071                  */
1072                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1073                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1074                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1075                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1076                         case SWAP_FAIL:
1077                                 goto activate_locked;
1078                         case SWAP_AGAIN:
1079                                 goto keep_locked;
1080                         case SWAP_MLOCK:
1081                                 goto cull_mlocked;
1082                         case SWAP_LZFREE:
1083                                 goto lazyfree;
1084                         case SWAP_SUCCESS:
1085                                 ; /* try to free the page below */
1086                         }
1087                 }
1088
1089                 if (PageDirty(page)) {
1090                         /*
1091                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1092                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1093                          * if many dirty pages have been encountered.
1094                          */
1095                         if (page_is_file_cache(page) &&
1096                                         (!current_is_kswapd() ||
1097                                          !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1098                                 /*
1099                                  * Immediately reclaim when written back.
1100                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1101                                  * except we already have the page isolated
1102                                  * and know it's dirty
1103                                  */
1104                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1105                                 SetPageReclaim(page);
1106
1107                                 goto keep_locked;
1108                         }
1109
1110                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1111                                 goto keep_locked;
1112                         if (!may_enter_fs)
1113                                 goto keep_locked;
1114                         if (!sc->may_writepage)
1115                                 goto keep_locked;
1116
1117                         /*
1118                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1119                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1120                          * starts and then write it out here.
1121                          */
1122                         try_to_unmap_flush_dirty();
1123                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1124                         case PAGE_KEEP:
1125                                 goto keep_locked;
1126                         case PAGE_ACTIVATE:
1127                                 goto activate_locked;
1128                         case PAGE_SUCCESS:
1129                                 if (PageWriteback(page))
1130                                         goto keep;
1131                                 if (PageDirty(page))
1132                                         goto keep;
1133
1134                                 /*
1135                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1136                                  * ahead and try to reclaim the page.
1137                                  */
1138                                 if (!trylock_page(page))
1139                                         goto keep;
1140                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1141                                         goto keep_locked;
1142                                 mapping = page_mapping(page);
1143                         case PAGE_CLEAN:
1144                                 ; /* try to free the page below */
1145                         }
1146                 }
1147
1148                 /*
1149                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1150                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1151                  * the page as well.
1152                  *
1153                  * We do this even if the page is PageDirty().
1154                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1155                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1156                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1157                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1158                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1159                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1160                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1161                  *
1162                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1163                  * the pages which were not successfully invalidated in
1164                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1165                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1166                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1167                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1168                  */
1169                 if (page_has_private(page)) {
1170                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1171                                 goto activate_locked;
1172                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1173                                 unlock_page(page);
1174                                 if (put_page_testzero(page))
1175                                         goto free_it;
1176                                 else {
1177                                         /*
1178                                          * rare race with speculative reference.
1179                                          * the speculative reference will free
1180                                          * this page shortly, so we may
1181                                          * increment nr_reclaimed here (and
1182                                          * leave it off the LRU).
1183                                          */
1184                                         nr_reclaimed++;
1185                                         continue;
1186                                 }
1187                         }
1188                 }
1189
1190 lazyfree:
1191                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1192                         goto keep_locked;
1193
1194                 /*
1195                  * At this point, we have no other references and there is
1196                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1197                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1198                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1199                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1200                  */
1201                 __ClearPageLocked(page);
1202 free_it:
1203                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1204                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1205
1206                 nr_reclaimed++;
1207
1208                 /*
1209                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1210                  * appear not as the counts should be low
1211                  */
1212                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1213                 continue;
1214
1215 cull_mlocked:
1216                 if (PageSwapCache(page))
1217                         try_to_free_swap(page);
1218                 unlock_page(page);
1219                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1220                 continue;
1221
1222 activate_locked:
1223                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1224                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1225                         try_to_free_swap(page);
1226                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1227                 SetPageActive(page);
1228                 pgactivate++;
1229 keep_locked:
1230                 unlock_page(page);
1231 keep:
1232                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1233                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1234         }
1235
1236         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1237         try_to_unmap_flush();
1238         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1239
1240         list_splice(&ret_pages, page_list);
1241         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1242
1243         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1244         *ret_nr_congested += nr_congested;
1245         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1246         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1247         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1248         return nr_reclaimed;
1249 }
1250
1251 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1252                                             struct list_head *page_list)
1253 {
1254         struct scan_control sc = {
1255                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1256                 .priority = DEF_PRIORITY,
1257                 .may_unmap = 1,
1258         };
1259         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1260         struct page *page, *next;
1261         LIST_HEAD(clean_pages);
1262
1263         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1264                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1265                     !__PageMovable(page)) {
1266                         ClearPageActive(page);
1267                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1268                 }
1269         }
1270
1271         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1272                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1273                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1274         list_splice(&clean_pages, page_list);
1275         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1276         return ret;
1277 }
1278
1279 /*
1280  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1281  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1282  * freed elsewhere are also ignored.
1283  *
1284  * page:        page to consider
1285  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1286  *
1287  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1288  */
1289 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1290 {
1291         int ret = -EINVAL;
1292
1293         /* Only take pages on the LRU. */
1294         if (!PageLRU(page))
1295                 return ret;
1296
1297         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1298         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1299                 return ret;
1300
1301         ret = -EBUSY;
1302
1303         /*
1304          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1305          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1306          * blocking - clean pages for the most part.
1307          *
1308          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1309          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1310          *
1311          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1312          * that it is possible to migrate without blocking
1313          */
1314         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1315                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1316                 if (PageWriteback(page))
1317                         return ret;
1318
1319                 if (PageDirty(page)) {
1320                         struct address_space *mapping;
1321
1322                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1323                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1324                                 return ret;
1325
1326                         /*
1327                          * Only pages without mappings or that have a
1328                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1329                          * without blocking
1330                          */
1331                         mapping = page_mapping(page);
1332                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1333                                 return ret;
1334                 }
1335         }
1336
1337         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1338                 return ret;
1339
1340         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1341                 /*
1342                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1343                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1344                  * page release code relies on it.
1345                  */
1346                 ClearPageLRU(page);
1347                 ret = 0;
1348         }
1349
1350         return ret;
1351 }
1352
1353 /*
1354  * zone_lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1355  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1356  * and working on them outside the LRU lock.
1357  *
1358  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1359  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1360  *
1361  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1362  *
1363  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1364  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1365  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1366  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1367  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1368  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1369  * @lru:        LRU list id for isolating
1370  *
1371  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1372  */
1373 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1374                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1375                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1376                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1377 {
1378         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1379         unsigned long nr_taken = 0;
1380         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1381         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1382         unsigned long scan, nr_pages;
1383         LIST_HEAD(pages_skipped);
1384
1385         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1386                                         !list_empty(src); scan++) {
1387                 struct page *page;
1388
1389                 page = lru_to_page(src);
1390                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1391
1392                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1393
1394                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1395                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1396                         nr_skipped[page_zonenum(page)]++;
1397                         continue;
1398                 }
1399
1400                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1401                 case 0:
1402                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1403                         nr_taken += nr_pages;
1404                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1405                         list_move(&page->lru, dst);
1406                         break;
1407
1408                 case -EBUSY:
1409                         /* else it is being freed elsewhere */
1410                         list_move(&page->lru, src);
1411                         continue;
1412
1413                 default:
1414                         BUG();
1415                 }
1416         }
1417
1418         /*
1419          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1420          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1421          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1422          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1423          * system at risk of premature OOM.
1424          */
1425         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1426                 int zid;
1427
1428                 list_splice(&pages_skipped, src);
1429                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1430                         if (!nr_skipped[zid])
1431                                 continue;
1432
1433                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1434                 }
1435         }
1436         *nr_scanned = scan;
1437         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan, scan,
1438                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1439         for (scan = 0; scan < MAX_NR_ZONES; scan++) {
1440                 nr_pages = nr_zone_taken[scan];
1441                 if (!nr_pages)
1442                         continue;
1443
1444                 update_lru_size(lruvec, lru, scan, -nr_pages);
1445         }
1446         return nr_taken;
1447 }
1448
1449 /**
1450  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1451  * @page: page to isolate from its LRU list
1452  *
1453  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1454  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1455  *
1456  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1457  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1458  *
1459  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1460  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1461  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1462  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1463  *
1464  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1465  * found will be decremented.
1466  *
1467  * Restrictions:
1468  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1469  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1470  *     without a stable reference).
1471  * (2) the lru_lock must not be held.
1472  * (3) interrupts must be enabled.
1473  */
1474 int isolate_lru_page(struct page *page)
1475 {
1476         int ret = -EBUSY;
1477
1478         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1479         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1480
1481         if (PageLRU(page)) {
1482                 struct zone *zone = page_zone(page);
1483                 struct lruvec *lruvec;
1484
1485                 spin_lock_irq(zone_lru_lock(zone));
1486                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone->zone_pgdat);
1487                 if (PageLRU(page)) {
1488                         int lru = page_lru(page);
1489                         get_page(page);
1490                         ClearPageLRU(page);
1491                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1492                         ret = 0;
1493                 }
1494                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
1495         }
1496         return ret;
1497 }
1498
1499 /*
1500  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1501  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1502  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1503  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1504  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1505  */
1506 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1507                 struct scan_control *sc)
1508 {
1509         unsigned long inactive, isolated;
1510
1511         if (current_is_kswapd())
1512                 return 0;
1513
1514         if (!sane_reclaim(sc))
1515                 return 0;
1516
1517         if (file) {
1518                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1519                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1520         } else {
1521                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1522                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1523         }
1524
1525         /*
1526          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1527          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1528          * deadlock.
1529          */
1530         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1531                 inactive >>= 3;
1532
1533         return isolated > inactive;
1534 }
1535
1536 static noinline_for_stack void
1537 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1538 {
1539         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1540         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1541         LIST_HEAD(pages_to_free);
1542
1543         /*
1544          * Put back any unfreeable pages.
1545          */
1546         while (!list_empty(page_list)) {
1547                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1548                 int lru;
1549
1550                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1551                 list_del(&page->lru);
1552                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1553                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1554                         putback_lru_page(page);
1555                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1556                         continue;
1557                 }
1558
1559                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1560
1561                 SetPageLRU(page);
1562                 lru = page_lru(page);
1563                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1564
1565                 if (is_active_lru(lru)) {
1566                         int file = is_file_lru(lru);
1567                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1568                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1569                 }
1570                 if (put_page_testzero(page)) {
1571                         __ClearPageLRU(page);
1572                         __ClearPageActive(page);
1573                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1574
1575                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1576                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1577                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1578                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1579                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1580                         } else
1581                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1582                 }
1583         }
1584
1585         /*
1586          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1587          */
1588         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1589 }
1590
1591 /*
1592  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1593  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1594  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1595  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1596  */
1597 static int current_may_throttle(void)
1598 {
1599         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1600                 current->backing_dev_info == NULL ||
1601                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1602 }
1603
1604 /*
1605  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1606  * of reclaimed pages
1607  */
1608 static noinline_for_stack unsigned long
1609 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1610                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1611 {
1612         LIST_HEAD(page_list);
1613         unsigned long nr_scanned;
1614         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1615         unsigned long nr_taken;
1616         unsigned long nr_dirty = 0;
1617         unsigned long nr_congested = 0;
1618         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1619         unsigned long nr_writeback = 0;
1620         unsigned long nr_immediate = 0;
1621         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1622         int file = is_file_lru(lru);
1623         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1624         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1625
1626         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1627                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1628
1629                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1630                 if (fatal_signal_pending(current))
1631                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1632         }
1633
1634         lru_add_drain();
1635
1636         if (!sc->may_unmap)
1637                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1638         if (!sc->may_writepage)
1639                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1640
1641         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1642
1643         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1644                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1645
1646         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1647         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1648
1649         if (global_reclaim(sc)) {
1650                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1651                 if (current_is_kswapd())
1652                         __count_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, nr_scanned);
1653                 else
1654                         __count_vm_events(PGSCAN_DIRECT, nr_scanned);
1655         }
1656         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1657
1658         if (nr_taken == 0)
1659                 return 0;
1660
1661         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, TTU_UNMAP,
1662                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1663                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1664                                 false);
1665
1666         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1667
1668         if (global_reclaim(sc)) {
1669                 if (current_is_kswapd())
1670                         __count_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, nr_reclaimed);
1671                 else
1672                         __count_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, nr_reclaimed);
1673         }
1674
1675         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1676
1677         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1678
1679         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1680
1681         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1682         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1683
1684         /*
1685          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1686          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1687          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1688          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1689          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1690          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1691          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1692          * same way balance_dirty_pages() manages.
1693          *
1694          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1695          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1696          * are encountered in the nr_immediate check below.
1697          */
1698         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1699                 set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
1700
1701         /*
1702          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1703          * stalling here.
1704          */
1705         if (sane_reclaim(sc)) {
1706                 /*
1707                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1708                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1709                  */
1710                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1711                         set_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
1712
1713                 /*
1714                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1715                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1716                  * the pgdat PGDAT_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1717                  * reclaim context.
1718                  */
1719                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1720                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
1721
1722                 /*
1723                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1724                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1725                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1726                  * they are written so also forcibly stall.
1727                  */
1728                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1729                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1730         }
1731
1732         /*
1733          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1734          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1735          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1736          */
1737         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1738             current_may_throttle())
1739                 wait_iff_congested(pgdat, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1740
1741         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1742                         nr_scanned, nr_reclaimed,
1743                         sc->priority, file);
1744         return nr_reclaimed;
1745 }
1746
1747 /*
1748  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1749  *
1750  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1751  * processes, from rmap.
1752  *
1753  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1754  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1755  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1756  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1757  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1758  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1759  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1760  *
1761  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1762  * But we had to alter page->flags anyway.
1763  */
1764
1765 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1766                                      struct list_head *list,
1767                                      struct list_head *pages_to_free,
1768                                      enum lru_list lru)
1769 {
1770         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1771         unsigned long pgmoved = 0;
1772         struct page *page;
1773         int nr_pages;
1774
1775         while (!list_empty(list)) {
1776                 page = lru_to_page(list);
1777                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1778
1779                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1780                 SetPageLRU(page);
1781
1782                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1783                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1784                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1785                 pgmoved += nr_pages;
1786
1787                 if (put_page_testzero(page)) {
1788                         __ClearPageLRU(page);
1789                         __ClearPageActive(page);
1790                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1791
1792                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1793                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1794                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1795                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1796                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1797                         } else
1798                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1799                 }
1800         }
1801
1802         if (!is_active_lru(lru))
1803                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1804 }
1805
1806 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1807                                struct lruvec *lruvec,
1808                                struct scan_control *sc,
1809                                enum lru_list lru)
1810 {
1811         unsigned long nr_taken;
1812         unsigned long nr_scanned;
1813         unsigned long vm_flags;
1814         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1815         LIST_HEAD(l_active);
1816         LIST_HEAD(l_inactive);
1817         struct page *page;
1818         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1819         unsigned long nr_rotated = 0;
1820         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1821         int file = is_file_lru(lru);
1822         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1823
1824         lru_add_drain();
1825
1826         if (!sc->may_unmap)
1827                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1828         if (!sc->may_writepage)
1829                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1830
1831         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1832
1833         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1834                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1835
1836         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1837         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1838
1839         if (global_reclaim(sc))
1840                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1841         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
1842
1843         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1844
1845         while (!list_empty(&l_hold)) {
1846                 cond_resched();
1847                 page = lru_to_page(&l_hold);
1848                 list_del(&page->lru);
1849
1850                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1851                         putback_lru_page(page);
1852                         continue;
1853                 }
1854
1855                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1856                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1857                                 if (page_has_private(page))
1858                                         try_to_release_page(page, 0);
1859                                 unlock_page(page);
1860                         }
1861                 }
1862
1863                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1864                                     &vm_flags)) {
1865                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1866                         /*
1867                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1868                          * give them one more trip around the active list. So
1869                          * that executable code get better chances to stay in
1870                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1871                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1872                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1873                          * so we ignore them here.
1874                          */
1875                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1876                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1877                                 continue;
1878                         }
1879                 }
1880
1881                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1882                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1883         }
1884
1885         /*
1886          * Move pages back to the lru list.
1887          */
1888         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1889         /*
1890          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1891          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1892          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1893          * get_scan_count.
1894          */
1895         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1896
1897         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1898         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1899         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1900         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1901
1902         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1903         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1904 }
1905
1906 /*
1907  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
1908  * to do too much work.
1909  *
1910  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
1911  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
1912  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
1913  *
1914  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
1915  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
1916  *
1917  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
1918  * on this LRU, maintained by the pageout code. A zone->inactive_ratio
1919  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
1920  *
1921  * total     target    max
1922  * memory    ratio     inactive
1923  * -------------------------------------
1924  *   10MB       1         5MB
1925  *  100MB       1        50MB
1926  *    1GB       3       250MB
1927  *   10GB      10       0.9GB
1928  *  100GB      31         3GB
1929  *    1TB     101        10GB
1930  *   10TB     320        32GB
1931  */
1932 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file)
1933 {
1934         unsigned long inactive_ratio;
1935         unsigned long inactive;
1936         unsigned long active;
1937         unsigned long gb;
1938
1939         /*
1940          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1941          * is pointless.
1942          */
1943         if (!file && !total_swap_pages)
1944                 return false;
1945
1946         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE);
1947         active = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE);
1948
1949         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
1950         if (gb)
1951                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
1952         else
1953                 inactive_ratio = 1;
1954
1955         return inactive * inactive_ratio < active;
1956 }
1957
1958 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1959                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1960 {
1961         if (is_active_lru(lru)) {
1962                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru)))
1963                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1964                 return 0;
1965         }
1966
1967         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1968 }
1969
1970 enum scan_balance {
1971         SCAN_EQUAL,
1972         SCAN_FRACT,
1973         SCAN_ANON,
1974         SCAN_FILE,
1975 };
1976
1977 /*
1978  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1979  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1980  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1981  * onto the active list instead of evict.
1982  *
1983  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1984  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1985  */
1986 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
1987                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1988                            unsigned long *lru_pages)
1989 {
1990         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
1991         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1992         u64 fraction[2];
1993         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1994         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1995         unsigned long anon_prio, file_prio;
1996         enum scan_balance scan_balance;
1997         unsigned long anon, file;
1998         bool force_scan = false;
1999         unsigned long ap, fp;
2000         enum lru_list lru;
2001         bool some_scanned;
2002         int pass;
2003
2004         /*
2005          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
2006          * results in no scanning on this priority and a potential
2007          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
2008          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
2009          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
2010          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
2011          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
2012          * well.
2013          */
2014         if (current_is_kswapd()) {
2015                 if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
2016                         force_scan = true;
2017                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
2018                         force_scan = true;
2019         }
2020         if (!global_reclaim(sc))
2021                 force_scan = true;
2022
2023         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2024         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2025                 scan_balance = SCAN_FILE;
2026                 goto out;
2027         }
2028
2029         /*
2030          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2031          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2032          * disable swapping for individual groups completely when
2033          * using the memory controller's swap limit feature would be
2034          * too expensive.
2035          */
2036         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2037                 scan_balance = SCAN_FILE;
2038                 goto out;
2039         }
2040
2041         /*
2042          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2043          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2044          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2045          */
2046         if (!sc->priority && swappiness) {
2047                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2048                 goto out;
2049         }
2050
2051         /*
2052          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2053          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2054          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2055          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2056          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2057          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2058          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2059          */
2060         if (global_reclaim(sc)) {
2061                 unsigned long pgdatfile;
2062                 unsigned long pgdatfree;
2063                 int z;
2064                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2065
2066                 pgdatfree = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2067                 pgdatfile = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2068                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2069
2070                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2071                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2072                         if (!populated_zone(zone))
2073                                 continue;
2074
2075                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2076                 }
2077
2078                 if (unlikely(pgdatfile + pgdatfree <= total_high_wmark)) {
2079                         scan_balance = SCAN_ANON;
2080                         goto out;
2081                 }
2082         }
2083
2084         /*
2085          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2086          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2087          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2088          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2089          * Without the second condition we could end up never scanning an
2090          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2091          * system is under heavy pressure.
2092          */
2093         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true) &&
2094             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2095                 scan_balance = SCAN_FILE;
2096                 goto out;
2097         }
2098
2099         scan_balance = SCAN_FRACT;
2100
2101         /*
2102          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2103          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2104          */
2105         anon_prio = swappiness;
2106         file_prio = 200 - anon_prio;
2107
2108         /*
2109          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2110          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2111          * ratios to determine how valuable each cache is.
2112          *
2113          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2114          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2115          * up weighing recent references more than old ones.
2116          *
2117          * anon in [0], file in [1]
2118          */
2119
2120         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2121                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2122         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2123                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2124
2125         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2126         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2127                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2128                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2129         }
2130
2131         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2132                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2133                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2134         }
2135
2136         /*
2137          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2138          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2139          * each list that were recently referenced and in active use.
2140          */
2141         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2142         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2143
2144         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2145         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2146         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2147
2148         fraction[0] = ap;
2149         fraction[1] = fp;
2150         denominator = ap + fp + 1;
2151 out:
2152         some_scanned = false;
2153         /* Only use force_scan on second pass. */
2154         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2155                 *lru_pages = 0;
2156                 for_each_evictable_lru(lru) {
2157                         int file = is_file_lru(lru);
2158                         unsigned long size;
2159                         unsigned long scan;
2160
2161                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2162                         scan = size >> sc->priority;
2163
2164                         if (!scan && pass && force_scan)
2165                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2166
2167                         switch (scan_balance) {
2168                         case SCAN_EQUAL:
2169                                 /* Scan lists relative to size */
2170                                 break;
2171                         case SCAN_FRACT:
2172                                 /*
2173                                  * Scan types proportional to swappiness and
2174                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2175                                  */
2176                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2177                                                         denominator);
2178                                 break;
2179                         case SCAN_FILE:
2180                         case SCAN_ANON:
2181                                 /* Scan one type exclusively */
2182                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2183                                         size = 0;
2184                                         scan = 0;
2185                                 }
2186                                 break;
2187                         default:
2188                                 /* Look ma, no brain */
2189                                 BUG();
2190                         }
2191
2192                         *lru_pages += size;
2193                         nr[lru] = scan;
2194
2195                         /*
2196                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2197                          * if we found something to scan.
2198                          */
2199                         some_scanned |= !!scan;
2200                 }
2201         }
2202 }
2203
2204 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2205 static void init_tlb_ubc(void)
2206 {
2207         /*
2208          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2209          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2210          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2211          * then will be cleared.
2212          */
2213         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2214 }
2215 #else
2216 static inline void init_tlb_ubc(void)
2217 {
2218 }
2219 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2220
2221 /*
2222  * This is a basic per-node page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2223  */
2224 static void shrink_node_memcg(struct pglist_data *pgdat, struct mem_cgroup *memcg,
2225                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2226 {
2227         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2228         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2229         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2230         unsigned long nr_to_scan;
2231         enum lru_list lru;
2232         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2233         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2234         struct blk_plug plug;
2235         bool scan_adjusted;
2236
2237         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2238
2239         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2240         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2241
2242         /*
2243          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2244          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2245          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2246          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2247          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2248          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2249          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2250          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2251          * dropped to zero at the first pass.
2252          */
2253         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2254                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2255
2256         init_tlb_ubc();
2257
2258         blk_start_plug(&plug);
2259         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2260                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2261                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2262                 unsigned long nr_scanned;
2263
2264                 for_each_evictable_lru(lru) {
2265                         if (nr[lru]) {
2266                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2267                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2268
2269                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2270                                                             lruvec, sc);
2271                         }
2272                 }
2273
2274                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2275                         continue;
2276
2277                 /*
2278                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2279                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2280                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2281                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2282                  * proportional to the original scan target.
2283                  */
2284                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2285                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2286
2287                 /*
2288                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2289                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2290                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2291                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2292                  */
2293                 if (!nr_file || !nr_anon)
2294                         break;
2295
2296                 if (nr_file > nr_anon) {
2297                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2298                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2299                         lru = LRU_BASE;
2300                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2301                 } else {
2302                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2303                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2304                         lru = LRU_FILE;
2305                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2306                 }
2307
2308                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2309                 nr[lru] = 0;
2310                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2311
2312                 /*
2313                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2314                  * scan target and the percentage scanning already complete
2315                  */
2316                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2317                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2318                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2319                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2320
2321                 lru += LRU_ACTIVE;
2322                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2323                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2324                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2325
2326                 scan_adjusted = true;
2327         }
2328         blk_finish_plug(&plug);
2329         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2330
2331         /*
2332          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2333          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2334          */
2335         if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2336                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2337                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2338
2339         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2340 }
2341
2342 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2343 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2344 {
2345         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2346                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2347                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2348                 return true;
2349
2350         return false;
2351 }
2352
2353 /*
2354  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2355  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2356  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2357  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2358  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2359  */
2360 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2361                                         unsigned long nr_reclaimed,
2362                                         unsigned long nr_scanned,
2363                                         struct scan_control *sc)
2364 {
2365         unsigned long pages_for_compaction;
2366         unsigned long inactive_lru_pages;
2367         int z;
2368
2369         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2370         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2371                 return false;
2372
2373         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2374         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2375                 /*
2376                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2377                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2378                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2379                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2380                  */
2381                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2382                         return false;
2383         } else {
2384                 /*
2385                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2386                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2387                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2388                  * pages that were scanned. This will return to the
2389                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2390                  * the resulting allocation attempt fails
2391                  */
2392                 if (!nr_reclaimed)
2393                         return false;
2394         }
2395
2396         /*
2397          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2398          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2399          */
2400         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2401         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2402         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2403                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2404         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2405                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2406                 return true;
2407
2408         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2409         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2410                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2411                 if (!populated_zone(zone))
2412                         continue;
2413
2414                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2415                 case COMPACT_PARTIAL:
2416                 case COMPACT_CONTINUE:
2417                         return false;
2418                 default:
2419                         /* check next zone */
2420                         ;
2421                 }
2422         }
2423         return true;
2424 }
2425
2426 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2427 {
2428         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2429         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2430         bool reclaimable = false;
2431
2432         do {
2433                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2434                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2435                         .pgdat = pgdat,
2436                         .priority = sc->priority,
2437                 };
2438                 unsigned long node_lru_pages = 0;
2439                 struct mem_cgroup *memcg;
2440
2441                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2442                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2443
2444                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2445                 do {
2446                         unsigned long lru_pages;
2447                         unsigned long reclaimed;
2448                         unsigned long scanned;
2449
2450                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2451                                 if (!sc->may_thrash)
2452                                         continue;
2453                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2454                         }
2455
2456                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2457                         scanned = sc->nr_scanned;
2458
2459                         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, sc, &lru_pages);
2460                         node_lru_pages += lru_pages;
2461
2462                         if (!global_reclaim(sc))
2463                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id,
2464                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2465                                             lru_pages);
2466
2467                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2468                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2469                                    sc->nr_scanned - scanned,
2470                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2471
2472                         /*
2473                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2474                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2475                          * node.
2476                          *
2477                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2478                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2479                          * retry with decreasing priority if one round over the
2480                          * whole hierarchy is not sufficient.
2481                          */
2482                         if (!global_reclaim(sc) &&
2483                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2484                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2485                                 break;
2486                         }
2487                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2488
2489                 /*
2490                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2491                  * the eligible LRU pages were scanned.
2492                  */
2493                 if (global_reclaim(sc))
2494                         shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, NULL,
2495                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2496                                     node_lru_pages);
2497
2498                 if (reclaim_state) {
2499                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2500                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2501                 }
2502
2503                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2504                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2505                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2506                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2507
2508                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2509                         reclaimable = true;
2510
2511         } while (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2512                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2513
2514         return reclaimable;
2515 }
2516
2517 /*
2518  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2519  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2520  */
2521 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2522 {
2523         unsigned long watermark;
2524         bool watermark_ok;
2525
2526         /*
2527          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2528          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2529          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2530          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2531          */
2532         watermark = high_wmark_pages(zone) + (2UL << sc->order);
2533         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2534
2535         /*
2536          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2537          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2538          */
2539         if (compaction_deferred(zone, sc->order))
2540                 return watermark_ok;
2541
2542         /*
2543          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2544          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2545          */
2546         if (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2547                 return false;
2548
2549         return watermark_ok;
2550 }
2551
2552 /*
2553  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2554  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2555  * request.
2556  *
2557  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2558  * scan then give up on it.
2559  */
2560 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2561 {
2562         struct zoneref *z;
2563         struct zone *zone;
2564         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2565         unsigned long nr_soft_scanned;
2566         gfp_t orig_mask;
2567         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2568
2569         /*
2570          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2571          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2572          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2573          */
2574         orig_mask = sc->gfp_mask;
2575         if (buffer_heads_over_limit) {
2576                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2577                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2578         }
2579
2580         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2581                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2582                 if (!populated_zone(zone))
2583                         continue;
2584
2585                 /*
2586                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2587                  * to global LRU.
2588                  */
2589                 if (global_reclaim(sc)) {
2590                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2591                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2592                                 continue;
2593
2594                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2595                             !pgdat_reclaimable(zone->zone_pgdat))
2596                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2597
2598                         /*
2599                          * If we already have plenty of memory free for
2600                          * compaction in this zone, don't free any more.
2601                          * Even though compaction is invoked for any
2602                          * non-zero order, only frequent costly order
2603                          * reclamation is disruptive enough to become a
2604                          * noticeable problem, like transparent huge
2605                          * page allocations.
2606                          */
2607                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2608                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2609                             compaction_ready(zone, sc)) {
2610                                 sc->compaction_ready = true;
2611                                 continue;
2612                         }
2613
2614                         /*
2615                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2616                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2617                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2618                          * the user prefers lower zones being preserved.
2619                          */
2620                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2621                                 continue;
2622
2623                         /*
2624                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2625                          * and returns the number of reclaimed pages and
2626                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2627                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2628                          */
2629                         nr_soft_scanned = 0;
2630                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2631                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2632                                                 &nr_soft_scanned);
2633                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2634                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2635                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2636                 }
2637
2638                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2639                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2640                         continue;
2641                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2642                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2643         }
2644
2645         /*
2646          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2647          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2648          */
2649         sc->gfp_mask = orig_mask;
2650 }
2651
2652 /*
2653  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2654  *
2655  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2656  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2657  *
2658  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2659  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2660  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2661  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2662  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2663  * work, and the allocation attempt will fail.
2664  *
2665  * returns:     0, if no pages reclaimed
2666  *              else, the number of pages reclaimed
2667  */
2668 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2669                                           struct scan_control *sc)
2670 {
2671         int initial_priority = sc->priority;
2672         unsigned long total_scanned = 0;
2673         unsigned long writeback_threshold;
2674 retry:
2675         delayacct_freepages_start();
2676
2677         if (global_reclaim(sc))
2678                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
2679
2680         do {
2681                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2682                                 sc->priority);
2683                 sc->nr_scanned = 0;
2684                 shrink_zones(zonelist, sc);
2685
2686                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2687                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2688                         break;
2689
2690                 if (sc->compaction_ready)
2691                         break;
2692
2693                 /*
2694                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2695                  * writepage even in laptop mode.
2696                  */
2697                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2698                         sc->may_writepage = 1;
2699
2700                 /*
2701                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2702                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2703                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2704                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2705                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2706                  */
2707                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2708                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2709                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2710                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2711                         sc->may_writepage = 1;
2712                 }
2713         } while (--sc->priority >= 0);
2714
2715         delayacct_freepages_end();
2716
2717         if (sc->nr_reclaimed)
2718                 return sc->nr_reclaimed;
2719
2720         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2721         if (sc->compaction_ready)
2722                 return 1;
2723
2724         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2725         if (!sc->may_thrash) {
2726                 sc->priority = initial_priority;
2727                 sc->may_thrash = 1;
2728                 goto retry;
2729         }
2730
2731         return 0;
2732 }
2733
2734 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2735 {
2736         struct zone *zone;
2737         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2738         unsigned long free_pages = 0;
2739         int i;
2740         bool wmark_ok;
2741
2742         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2743                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2744                 if (!populated_zone(zone) ||
2745                     pgdat_reclaimable_pages(pgdat) == 0)
2746                         continue;
2747
2748                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2749                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2750         }
2751
2752         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2753         if (!pfmemalloc_reserve)
2754                 return true;
2755
2756         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2757
2758         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2759         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2760                 pgdat->kswapd_classzone_idx = min(pgdat->kswapd_classzone_idx,
2761                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2762                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2763         }
2764
2765         return wmark_ok;
2766 }
2767
2768 /*
2769  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2770  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2771  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2772  * when the low watermark is reached.
2773  *
2774  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2775  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2776  */
2777 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2778                                         nodemask_t *nodemask)
2779 {
2780         struct zoneref *z;
2781         struct zone *zone;
2782         pg_data_t *pgdat = NULL;
2783
2784         /*
2785          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2786          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2787          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2788          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2789          * processes to block on log_wait_commit().
2790          */
2791         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2792                 goto out;
2793
2794         /*
2795          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2796          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2797          */
2798         if (fatal_signal_pending(current))
2799                 goto out;
2800
2801         /*
2802          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2803          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2804          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2805          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2806          *
2807          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2808          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2809          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2810          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2811          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2812          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2813          * should make reasonable progress.
2814          */
2815         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2816                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2817                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2818                         continue;
2819
2820                 /* Throttle based on the first usable node */
2821                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2822                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2823                         goto out;
2824                 break;
2825         }
2826
2827         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2828         if (!pgdat)
2829                 goto out;
2830
2831         /* Account for the throttling */
2832         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2833
2834         /*
2835          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2836          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2837          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2838          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2839          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2840          * second before continuing.
2841          */
2842         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2843                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2844                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2845
2846                 goto check_pending;
2847         }
2848
2849         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2850         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2851                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2852
2853 check_pending:
2854         if (fatal_signal_pending(current))
2855                 return true;
2856
2857 out:
2858         return false;
2859 }
2860
2861 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2862                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2863 {
2864         unsigned long nr_reclaimed;
2865         struct scan_control sc = {
2866                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2867                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2868                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
2869                 .order = order,
2870                 .nodemask = nodemask,
2871                 .priority = DEF_PRIORITY,
2872                 .may_writepage = !laptop_mode,
2873                 .may_unmap = 1,
2874                 .may_swap = 1,
2875         };
2876
2877         /*
2878          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2879          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2880          * point.
2881          */
2882         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2883                 return 1;
2884
2885         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2886                                 sc.may_writepage,
2887                                 gfp_mask,
2888                                 sc.reclaim_idx);
2889
2890         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2891
2892         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2893
2894         return nr_reclaimed;
2895 }
2896
2897 #ifdef CONFIG_MEMCG
2898
2899 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
2900                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2901                                                 pg_data_t *pgdat,
2902                                                 unsigned long *nr_scanned)
2903 {
2904         struct scan_control sc = {
2905                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2906                 .target_mem_cgroup = memcg,
2907                 .may_writepage = !laptop_mode,
2908                 .may_unmap = 1,
2909                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2910                 .may_swap = !noswap,
2911         };
2912         unsigned long lru_pages;
2913
2914         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2915                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2916
2917         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2918                                                       sc.may_writepage,
2919                                                       sc.gfp_mask,
2920                                                       sc.reclaim_idx);
2921
2922         /*
2923          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2924          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2925          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
2926          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2927          * the priority and make it zero.
2928          */
2929         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, &sc, &lru_pages);
2930
2931         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2932
2933         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2934         return sc.nr_reclaimed;
2935 }
2936
2937 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2938                                            unsigned long nr_pages,
2939                                            gfp_t gfp_mask,
2940                                            bool may_swap)
2941 {
2942         struct zonelist *zonelist;
2943         unsigned long nr_reclaimed;
2944         int nid;
2945         struct scan_control sc = {
2946                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2947                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2948                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2949                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2950                 .target_mem_cgroup = memcg,
2951                 .priority = DEF_PRIORITY,
2952                 .may_writepage = !laptop_mode,
2953                 .may_unmap = 1,
2954                 .may_swap = may_swap,
2955         };
2956
2957         /*
2958          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2959          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2960          * scan does not need to be the current node.
2961          */
2962         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2963
2964         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2965
2966         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2967                                             sc.may_writepage,
2968                                             sc.gfp_mask,
2969                                             sc.reclaim_idx);
2970
2971         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2972
2973         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2974
2975         return nr_reclaimed;
2976 }
2977 #endif
2978
2979 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
2980                                 struct scan_control *sc)
2981 {
2982         struct mem_cgroup *memcg;
2983
2984         if (!total_swap_pages)
2985                 return;
2986
2987         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2988         do {
2989                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2990
2991                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2992                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2993                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2994
2995                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2996         } while (memcg);
2997 }
2998
2999 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
3000 {
3001         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone);
3002
3003         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3004                 return false;
3005
3006         /*
3007          * If any eligible zone is balanced then the node is not considered
3008          * to be congested or dirty
3009          */
3010         clear_bit(PGDAT_CONGESTED, &zone->zone_pgdat->flags);
3011         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &zone->zone_pgdat->flags);
3012
3013         return true;
3014 }
3015
3016 /*
3017  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3018  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3019  *
3020  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3021  */
3022 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3023 {
3024         int i;
3025
3026         /*
3027          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3028          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3029          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3030          * throttled. There is also a potential race if processes get
3031          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3032          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3033          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3034          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3035          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3036          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3037          * that here we are under prepare_to_wait().
3038          */
3039         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3040                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3041
3042         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3043                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3044
3045                 if (!populated_zone(zone))
3046                         continue;
3047
3048                 if (!zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3049                         return false;
3050         }
3051
3052         return true;
3053 }
3054
3055 /*
3056  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3057  * zone that is currently unbalanced.
3058  *
3059  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3060  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3061  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3062  */
3063 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3064                                struct scan_control *sc)
3065 {
3066         struct zone *zone;
3067         int z;
3068
3069         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3070         sc->nr_to_reclaim = 0;
3071         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3072                 zone = pgdat->node_zones + z;
3073                 if (!populated_zone(zone))
3074                         continue;
3075
3076                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3077         }
3078
3079         /*
3080          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3081          * now pressure is applied based on node LRU order.
3082          */
3083         shrink_node(pgdat, sc);
3084
3085         /*
3086          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3087          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3088          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3089          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3090          * can direct reclaim/compact.
3091          */
3092         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= 2UL << sc->order)
3093                 sc->order = 0;
3094
3095         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3096 }
3097
3098 /*
3099  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3100  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3101  * balanced.
3102  *
3103  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3104  *
3105  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3106  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3107  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page is that zone
3108  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3109  * balanced.
3110  */
3111 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3112 {
3113         int i;
3114         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3115         unsigned long nr_soft_scanned;
3116         struct zone *zone;
3117         struct scan_control sc = {
3118                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3119                 .order = order,
3120                 .priority = DEF_PRIORITY,
3121                 .may_writepage = !laptop_mode,
3122                 .may_unmap = 1,
3123                 .may_swap = 1,
3124         };
3125         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3126
3127         do {
3128                 bool raise_priority = true;
3129
3130                 sc.nr_reclaimed = 0;
3131                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3132
3133                 /*
3134                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3135                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3136                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3137                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3138                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3139                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3140                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3141                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3142                  */
3143                 if (buffer_heads_over_limit) {
3144                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3145                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3146                                 if (!populated_zone(zone))
3147                                         continue;
3148
3149                                 sc.reclaim_idx = i;
3150                                 break;
3151                         }
3152                 }
3153
3154                 /*
3155                  * Only reclaim if there are no eligible zones. Check from
3156                  * high to low zone as allocations prefer higher zones.
3157                  * Scanning from low to high zone would allow congestion to be
3158                  * cleared during a very small window when a small low
3159                  * zone was balanced even under extreme pressure when the
3160                  * overall node may be congested. Note that sc.reclaim_idx
3161                  * is not used as buffer_heads_over_limit may have adjusted
3162                  * it.
3163                  */
3164                 for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3165                         zone = pgdat->node_zones + i;
3166                         if (!populated_zone(zone))
3167                                 continue;
3168
3169                         if (zone_balanced(zone, sc.order, classzone_idx))
3170                                 goto out;
3171                 }
3172
3173                 /*
3174                  * Do some background aging of the anon list, to give
3175                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3176                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3177                  * about consistent aging.
3178                  */
3179                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3180
3181                 /*
3182                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3183                  * even in laptop mode.
3184                  */
3185                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2 || !pgdat_reclaimable(pgdat))
3186                         sc.may_writepage = 1;
3187
3188                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3189                 sc.nr_scanned = 0;
3190                 nr_soft_scanned = 0;
3191                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3192                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3193                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3194
3195                 /*
3196                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3197                  * enough pages are already being scanned that that high
3198                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3199                  */
3200                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3201                         raise_priority = false;
3202
3203                 /*
3204                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3205                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3206                  * able to safely make forward progress. Wake them
3207                  */
3208                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3209                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3210                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3211
3212                 /* Check if kswapd should be suspending */
3213                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3214                         break;
3215
3216                 /*
3217                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3218                  * progress in reclaiming pages
3219                  */
3220                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3221                         sc.priority--;
3222         } while (sc.priority >= 1);
3223
3224 out:
3225         /*
3226          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3227          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3228          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3229          * remain at the higher level.
3230          */
3231         return sc.order;
3232 }
3233
3234 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3235                                 unsigned int classzone_idx)
3236 {
3237         long remaining = 0;
3238         DEFINE_WAIT(wait);
3239
3240         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3241                 return;
3242
3243         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3244
3245         /* Try to sleep for a short interval */
3246         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3247                 /*
3248                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3249                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3250                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3251                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3252                  */
3253                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3254
3255                 /*
3256                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3257                  * allocation of the requested order possible.
3258                  */
3259                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3260
3261                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3262
3263                 /*
3264                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3265                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3266                  * the previous request that slept prematurely.
3267                  */
3268                 if (remaining) {
3269                         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3270                         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3271                 }
3272
3273                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3274                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3275         }
3276
3277         /*
3278          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3279          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3280          */
3281         if (!remaining &&
3282             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3283                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3284
3285                 /*
3286                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3287                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3288                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3289                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3290                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3291                  * them before going back to sleep.
3292                  */
3293                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3294
3295                 if (!kthread_should_stop())
3296                         schedule();
3297
3298                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3299         } else {
3300                 if (remaining)
3301                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3302                 else
3303                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3304         }
3305         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3306 }
3307
3308 /*
3309  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3310  * from the init process.
3311  *
3312  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3313  * free memory available even if there is no other activity
3314  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3315  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3316  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3317  *
3318  * If there are applications that are active memory-allocators
3319  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3320  */
3321 static int kswapd(void *p)
3322 {
3323         unsigned int alloc_order, reclaim_order, classzone_idx;
3324         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3325         struct task_struct *tsk = current;
3326
3327         struct reclaim_state reclaim_state = {
3328                 .reclaimed_slab = 0,
3329         };
3330         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3331
3332         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3333
3334         if (!cpumask_empty(cpumask))
3335                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3336         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3337
3338         /*
3339          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3340          * and that if we need more memory we should get access to it
3341          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3342          * never get caught in the normal page freeing logic.
3343          *
3344          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3345          * you need a small amount of memory in order to be able to
3346          * page out something else, and this flag essentially protects
3347          * us from recursively trying to free more memory as we're
3348          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3349          */
3350         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3351         set_freezable();
3352
3353         pgdat->kswapd_order = alloc_order = reclaim_order = 0;
3354         pgdat->kswapd_classzone_idx = classzone_idx = 0;
3355         for ( ; ; ) {
3356                 bool ret;
3357
3358 kswapd_try_sleep:
3359                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3360                                         classzone_idx);
3361
3362                 /* Read the new order and classzone_idx */
3363                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3364                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3365                 pgdat->kswapd_order = 0;
3366                 pgdat->kswapd_classzone_idx = 0;
3367
3368                 ret = try_to_freeze();
3369                 if (kthread_should_stop())
3370                         break;
3371
3372                 /*
3373                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3374                  * after returning from the refrigerator
3375                  */
3376                 if (ret)
3377                         continue;
3378
3379                 /*
3380                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3381                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3382                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3383                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3384                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3385                  * request (alloc_order).
3386                  */
3387                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3388                                                 alloc_order);
3389                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3390                 if (reclaim_order < alloc_order)
3391                         goto kswapd_try_sleep;
3392
3393                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3394                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3395         }
3396
3397         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3398         current->reclaim_state = NULL;
3399         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3400
3401         return 0;
3402 }
3403
3404 /*
3405  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3406  */
3407 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3408 {
3409         pg_data_t *pgdat;
3410         int z;
3411
3412         if (!populated_zone(zone))
3413                 return;
3414
3415         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3416                 return;
3417         pgdat = zone->zone_pgdat;
3418         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3419         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, order);
3420         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3421                 return;
3422
3423         /* Only wake kswapd if all zones are unbalanced */
3424         for (z = 0; z <= classzone_idx; z++) {
3425                 zone = pgdat->node_zones + z;
3426                 if (!populated_zone(zone))
3427                         continue;
3428
3429                 if (zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3430                         return;
3431         }
3432
3433         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3434         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3435 }
3436
3437 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3438 /*
3439  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3440  * freed pages.
3441  *
3442  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3443  * LRU order by reclaiming preferentially
3444  * inactive > active > active referenced > active mapped
3445  */
3446 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3447 {
3448         struct reclaim_state reclaim_state;
3449         struct scan_control sc = {
3450                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3451                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3452                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3453                 .priority = DEF_PRIORITY,
3454                 .may_writepage = 1,
3455                 .may_unmap = 1,
3456                 .may_swap = 1,
3457                 .hibernation_mode = 1,
3458         };
3459         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3460         struct task_struct *p = current;
3461         unsigned long nr_reclaimed;
3462
3463         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3464         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3465         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3466         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3467
3468         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3469
3470         p->reclaim_state = NULL;
3471         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3472         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3473
3474         return nr_reclaimed;
3475 }
3476 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3477
3478 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3479    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3480    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3481    restore their cpu bindings. */
3482 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3483                         void *hcpu)
3484 {
3485         int nid;
3486
3487         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3488                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3489                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3490                         const struct cpumask *mask;
3491
3492                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3493
3494                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3495                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3496                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3497                 }
3498         }
3499         return NOTIFY_OK;
3500 }
3501
3502 /*
3503  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3504  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3505  */
3506 int kswapd_run(int nid)
3507 {
3508         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3509         int ret = 0;
3510
3511         if (pgdat->kswapd)
3512                 return 0;
3513
3514         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3515         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3516                 /* failure at boot is fatal */
3517                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3518                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3519                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3520                 pgdat->kswapd = NULL;
3521         }
3522         return ret;
3523 }
3524
3525 /*
3526  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3527  * hold mem_hotplug_begin/end().
3528  */
3529 void kswapd_stop(int nid)
3530 {
3531         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3532
3533         if (kswapd) {
3534                 kthread_stop(kswapd);
3535                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3536         }
3537 }
3538
3539 static int __init kswapd_init(void)
3540 {
3541         int nid;
3542
3543         swap_setup();
3544         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3545                 kswapd_run(nid);
3546         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3547         return 0;
3548 }
3549
3550 module_init(kswapd_init)
3551
3552 #ifdef CONFIG_NUMA
3553 /*
3554  * Node reclaim mode
3555  *
3556  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
3557  * the watermarks.
3558  */
3559 int node_reclaim_mode __read_mostly;
3560
3561 #define RECLAIM_OFF 0
3562 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3563 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3564 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3565
3566 /*
3567  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3568  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3569  * a zone.
3570  */
3571 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
3572
3573 /*
3574  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
3575  * occur.
3576  */
3577 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3578
3579 /*
3580  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3581  * slab reclaim needs to occur.
3582  */
3583 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3584
3585 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
3586 {
3587         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
3588         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
3589                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
3590
3591         /*
3592          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3593          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3594          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3595          */
3596         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3597 }
3598
3599 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3600 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
3601 {
3602         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3603         unsigned long delta = 0;
3604
3605         /*
3606          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3607          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3608          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
3609          * a better estimate
3610          */
3611         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3612                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
3613         else
3614                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
3615
3616         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3617         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3618                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
3619
3620         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3621         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3622                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3623
3624         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3625 }
3626
3627 /*
3628  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
3629  */
3630 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3631 {
3632         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3633         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3634         struct task_struct *p = current;
3635         struct reclaim_state reclaim_state;
3636         int classzone_idx = gfp_zone(gfp_mask);
3637         struct scan_control sc = {
3638                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3639                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3640                 .order = order,
3641                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
3642                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3643                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3644                 .may_swap = 1,
3645                 .reclaim_idx = classzone_idx,
3646         };
3647
3648         cond_resched();
3649         /*
3650          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3651          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3652          * and RECLAIM_UNMAP.
3653          */
3654         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3655         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3656         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3657         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3658
3659         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
3660                 /*
3661                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3662                  * priorities until we have enough memory freed.
3663                  */
3664                 do {
3665                         shrink_node(pgdat, &sc);
3666                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3667         }
3668
3669         p->reclaim_state = NULL;
3670         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3671         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3672         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3673 }
3674
3675 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3676 {
3677         int ret;
3678
3679         /*
3680          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3681          * slab pages if we are over the defined limits.
3682          *
3683          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3684          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3685          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
3686          * if less than a specified percentage of the node is used by
3687          * unmapped file backed pages.
3688          */
3689         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
3690             sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
3691                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3692
3693         if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
3694                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3695
3696         /*
3697          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3698          */
3699         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3700                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3701
3702         /*
3703          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
3704          * have associated processors. This will favor the local processor
3705          * over remote processors and spread off node memory allocations
3706          * as wide as possible.
3707          */
3708         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
3709                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3710
3711         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
3712                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3713
3714         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
3715         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
3716
3717         if (!ret)
3718                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3719
3720         return ret;
3721 }
3722 #endif
3723
3724 /*
3725  * page_evictable - test whether a page is evictable
3726  * @page: the page to test
3727  *
3728  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3729  * lists vs unevictable list.
3730  *
3731  * Reasons page might not be evictable:
3732  * (1) page's mapping marked unevictable
3733  * (2) page is part of an mlocked VMA
3734  *
3735  */
3736 int page_evictable(struct page *page)
3737 {
3738         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3739 }
3740
3741 #ifdef CONFIG_SHMEM
3742 /**
3743  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3744  * @pages:      array of pages to check
3745  * @nr_pages:   number of pages to check
3746  *
3747  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3748  *
3749  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3750  */
3751 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3752 {
3753         struct lruvec *lruvec;
3754         struct zone *zone = NULL;
3755         int pgscanned = 0;
3756         int pgrescued = 0;
3757         int i;
3758
3759         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3760                 struct page *page = pages[i];
3761                 struct zone *pagezone;
3762
3763                 pgscanned++;
3764                 pagezone = page_zone(page);
3765                 if (pagezone != zone) {
3766                         if (zone)
3767                                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
3768                         zone = pagezone;
3769                         spin_lock_irq(zone_lru_lock(zone));
3770                 }
3771                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone->zone_pgdat);
3772
3773                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3774                         continue;
3775
3776                 if (page_evictable(page)) {
3777                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3778
3779                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3780                         ClearPageUnevictable(page);
3781                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3782                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3783                         pgrescued++;
3784                 }
3785         }
3786
3787         if (zone) {
3788                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3789                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3790                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
3791         }
3792 }
3793 #endif /* CONFIG_SHMEM */