]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/vmscan.c
mm: convert zone_reclaim to node_reclaim
[karo-tx-linux.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 /*
198  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
199  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
200  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
201  */
202 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
203 {
204         unsigned long nr;
205
206         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_LRU_FILE);
207         if (get_nr_swap_pages() > 0)
208                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_LRU_ANON);
209
210         return nr;
211 }
212
213 unsigned long pgdat_reclaimable_pages(struct pglist_data *pgdat)
214 {
215         unsigned long nr;
216
217         nr = node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
218              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
219              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
220
221         if (get_nr_swap_pages() > 0)
222                 nr += node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_ANON) +
223                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_ANON) +
224                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
225
226         return nr;
227 }
228
229 bool pgdat_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
230 {
231         return node_page_state_snapshot(pgdat, NR_PAGES_SCANNED) <
232                 pgdat_reclaimable_pages(pgdat) * 6;
233 }
234
235 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
236 {
237         if (!mem_cgroup_disabled())
238                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
239
240         return node_page_state(lruvec_pgdat(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
241 }
242
243 /*
244  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
245  */
246 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
247 {
248         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
249
250         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
251                 size *= nr_node_ids;
252
253         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
254         if (!shrinker->nr_deferred)
255                 return -ENOMEM;
256
257         down_write(&shrinker_rwsem);
258         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
259         up_write(&shrinker_rwsem);
260         return 0;
261 }
262 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
263
264 /*
265  * Remove one
266  */
267 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
268 {
269         down_write(&shrinker_rwsem);
270         list_del(&shrinker->list);
271         up_write(&shrinker_rwsem);
272         kfree(shrinker->nr_deferred);
273 }
274 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
275
276 #define SHRINK_BATCH 128
277
278 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
279                                     struct shrinker *shrinker,
280                                     unsigned long nr_scanned,
281                                     unsigned long nr_eligible)
282 {
283         unsigned long freed = 0;
284         unsigned long long delta;
285         long total_scan;
286         long freeable;
287         long nr;
288         long new_nr;
289         int nid = shrinkctl->nid;
290         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
291                                           : SHRINK_BATCH;
292
293         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
294         if (freeable == 0)
295                 return 0;
296
297         /*
298          * copy the current shrinker scan count into a local variable
299          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
300          * don't also do this scanning work.
301          */
302         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
303
304         total_scan = nr;
305         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
306         delta *= freeable;
307         do_div(delta, nr_eligible + 1);
308         total_scan += delta;
309         if (total_scan < 0) {
310                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
311                        shrinker->scan_objects, total_scan);
312                 total_scan = freeable;
313         }
314
315         /*
316          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
317          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
318          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
319          * nr being built up so when a shrink that can do some work
320          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
321          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
322          * memory.
323          *
324          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
325          * a large delta change is calculated directly.
326          */
327         if (delta < freeable / 4)
328                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
329
330         /*
331          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
332          * never try to free more than twice the estimate number of
333          * freeable entries.
334          */
335         if (total_scan > freeable * 2)
336                 total_scan = freeable * 2;
337
338         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
339                                    nr_scanned, nr_eligible,
340                                    freeable, delta, total_scan);
341
342         /*
343          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
344          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
345          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
346          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
347          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
348          * objects spread over several slabs with usage less than the
349          * batch_size.
350          *
351          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
352          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
353          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
354          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
355          * possible.
356          */
357         while (total_scan >= batch_size ||
358                total_scan >= freeable) {
359                 unsigned long ret;
360                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
361
362                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
363                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
364                 if (ret == SHRINK_STOP)
365                         break;
366                 freed += ret;
367
368                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
369                 total_scan -= nr_to_scan;
370
371                 cond_resched();
372         }
373
374         /*
375          * move the unused scan count back into the shrinker in a
376          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
377          * scan, there is no need to do an update.
378          */
379         if (total_scan > 0)
380                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
381                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
382         else
383                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
384
385         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
386         return freed;
387 }
388
389 /**
390  * shrink_slab - shrink slab caches
391  * @gfp_mask: allocation context
392  * @nid: node whose slab caches to target
393  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
394  * @nr_scanned: pressure numerator
395  * @nr_eligible: pressure denominator
396  *
397  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
398  *
399  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
400  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
401  *
402  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
403  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
404  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
405  * shrinkers are called.
406  *
407  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
408  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
409  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
410  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
411  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
412  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
413  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
414  *
415  * Returns the number of reclaimed slab objects.
416  */
417 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
418                                  struct mem_cgroup *memcg,
419                                  unsigned long nr_scanned,
420                                  unsigned long nr_eligible)
421 {
422         struct shrinker *shrinker;
423         unsigned long freed = 0;
424
425         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
426                 return 0;
427
428         if (nr_scanned == 0)
429                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
430
431         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
432                 /*
433                  * If we would return 0, our callers would understand that we
434                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
435                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
436                  * time.
437                  */
438                 freed = 1;
439                 goto out;
440         }
441
442         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
443                 struct shrink_control sc = {
444                         .gfp_mask = gfp_mask,
445                         .nid = nid,
446                         .memcg = memcg,
447                 };
448
449                 /*
450                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
451                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
452                  * passing NULL for memcg.
453                  */
454                 if (memcg_kmem_enabled() &&
455                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
456                         continue;
457
458                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
459                         sc.nid = 0;
460
461                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
462         }
463
464         up_read(&shrinker_rwsem);
465 out:
466         cond_resched();
467         return freed;
468 }
469
470 void drop_slab_node(int nid)
471 {
472         unsigned long freed;
473
474         do {
475                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
476
477                 freed = 0;
478                 do {
479                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
480                                              1000, 1000);
481                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
482         } while (freed > 10);
483 }
484
485 void drop_slab(void)
486 {
487         int nid;
488
489         for_each_online_node(nid)
490                 drop_slab_node(nid);
491 }
492
493 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
494 {
495         /*
496          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
497          * that isolated the page, the page cache radix tree and
498          * optional buffer heads at page->private.
499          */
500         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
501 }
502
503 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
504 {
505         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
506                 return 1;
507         if (!inode_write_congested(inode))
508                 return 1;
509         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
510                 return 1;
511         return 0;
512 }
513
514 /*
515  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
516  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
517  * fsync(), msync() or close().
518  *
519  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
520  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
521  * that page is locked, the mapping is pinned.
522  *
523  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
524  * __GFP_FS.
525  */
526 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
527                                 struct page *page, int error)
528 {
529         lock_page(page);
530         if (page_mapping(page) == mapping)
531                 mapping_set_error(mapping, error);
532         unlock_page(page);
533 }
534
535 /* possible outcome of pageout() */
536 typedef enum {
537         /* failed to write page out, page is locked */
538         PAGE_KEEP,
539         /* move page to the active list, page is locked */
540         PAGE_ACTIVATE,
541         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
542         PAGE_SUCCESS,
543         /* page is clean and locked */
544         PAGE_CLEAN,
545 } pageout_t;
546
547 /*
548  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
549  * Calls ->writepage().
550  */
551 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
552                          struct scan_control *sc)
553 {
554         /*
555          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
556          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
557          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
558          * stalls if we need to run get_block().  We could test
559          * PagePrivate for that.
560          *
561          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
562          * this page's queue, we can perform writeback even if that
563          * will block.
564          *
565          * If the page is swapcache, write it back even if that would
566          * block, for some throttling. This happens by accident, because
567          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
568          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
569          */
570         if (!is_page_cache_freeable(page))
571                 return PAGE_KEEP;
572         if (!mapping) {
573                 /*
574                  * Some data journaling orphaned pages can have
575                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
576                  */
577                 if (page_has_private(page)) {
578                         if (try_to_free_buffers(page)) {
579                                 ClearPageDirty(page);
580                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
581                                 return PAGE_CLEAN;
582                         }
583                 }
584                 return PAGE_KEEP;
585         }
586         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
587                 return PAGE_ACTIVATE;
588         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
589                 return PAGE_KEEP;
590
591         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
592                 int res;
593                 struct writeback_control wbc = {
594                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
595                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
596                         .range_start = 0,
597                         .range_end = LLONG_MAX,
598                         .for_reclaim = 1,
599                 };
600
601                 SetPageReclaim(page);
602                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
603                 if (res < 0)
604                         handle_write_error(mapping, page, res);
605                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
606                         ClearPageReclaim(page);
607                         return PAGE_ACTIVATE;
608                 }
609
610                 if (!PageWriteback(page)) {
611                         /* synchronous write or broken a_ops? */
612                         ClearPageReclaim(page);
613                 }
614                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
615                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
616                 return PAGE_SUCCESS;
617         }
618
619         return PAGE_CLEAN;
620 }
621
622 /*
623  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
624  * gets returned with a refcount of 0.
625  */
626 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
627                             bool reclaimed)
628 {
629         unsigned long flags;
630
631         BUG_ON(!PageLocked(page));
632         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
633
634         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
635         /*
636          * The non racy check for a busy page.
637          *
638          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
639          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
640          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
641          * here, then the following race may occur:
642          *
643          * get_user_pages(&page);
644          * [user mapping goes away]
645          * write_to(page);
646          *                              !PageDirty(page)    [good]
647          * SetPageDirty(page);
648          * put_page(page);
649          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
650          *
651          * [oops, our write_to data is lost]
652          *
653          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
654          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
655          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
656          *
657          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
658          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
659          */
660         if (!page_ref_freeze(page, 2))
661                 goto cannot_free;
662         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
663         if (unlikely(PageDirty(page))) {
664                 page_ref_unfreeze(page, 2);
665                 goto cannot_free;
666         }
667
668         if (PageSwapCache(page)) {
669                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
670                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
671                 __delete_from_swap_cache(page);
672                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
673                 swapcache_free(swap);
674         } else {
675                 void (*freepage)(struct page *);
676                 void *shadow = NULL;
677
678                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
679                 /*
680                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
681                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
682                  *
683                  * But don't store shadows in an address space that is
684                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
685                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
686                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
687                  * back.
688                  *
689                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
690                  * only page cache pages found in these are zero pages
691                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
692                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
693                  * same page_tree.
694                  */
695                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
696                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
697                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
698                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
699                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
700
701                 if (freepage != NULL)
702                         freepage(page);
703         }
704
705         return 1;
706
707 cannot_free:
708         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
709         return 0;
710 }
711
712 /*
713  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
714  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
715  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
716  * this page.
717  */
718 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
719 {
720         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
721                 /*
722                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
723                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
724                  * atomic operation.
725                  */
726                 page_ref_unfreeze(page, 1);
727                 return 1;
728         }
729         return 0;
730 }
731
732 /**
733  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
734  * @page: page to be put back to appropriate lru list
735  *
736  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
737  * Page may still be unevictable for other reasons.
738  *
739  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
740  */
741 void putback_lru_page(struct page *page)
742 {
743         bool is_unevictable;
744         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
745
746         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
747
748 redo:
749         ClearPageUnevictable(page);
750
751         if (page_evictable(page)) {
752                 /*
753                  * For evictable pages, we can use the cache.
754                  * In event of a race, worst case is we end up with an
755                  * unevictable page on [in]active list.
756                  * We know how to handle that.
757                  */
758                 is_unevictable = false;
759                 lru_cache_add(page);
760         } else {
761                 /*
762                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
763                  * list.
764                  */
765                 is_unevictable = true;
766                 add_page_to_unevictable_list(page);
767                 /*
768                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
769                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
770                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
771                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
772                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
773                  * the page back to the evictable list.
774                  *
775                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
776                  */
777                 smp_mb();
778         }
779
780         /*
781          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
782          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
783          * check after we added it to the list, again.
784          */
785         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
786                 if (!isolate_lru_page(page)) {
787                         put_page(page);
788                         goto redo;
789                 }
790                 /* This means someone else dropped this page from LRU
791                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
792                  * nothing to do here.
793                  */
794         }
795
796         if (was_unevictable && !is_unevictable)
797                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
798         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
799                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
800
801         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
802 }
803
804 enum page_references {
805         PAGEREF_RECLAIM,
806         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
807         PAGEREF_KEEP,
808         PAGEREF_ACTIVATE,
809 };
810
811 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
812                                                   struct scan_control *sc)
813 {
814         int referenced_ptes, referenced_page;
815         unsigned long vm_flags;
816
817         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
818                                           &vm_flags);
819         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
820
821         /*
822          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
823          * move the page to the unevictable list.
824          */
825         if (vm_flags & VM_LOCKED)
826                 return PAGEREF_RECLAIM;
827
828         if (referenced_ptes) {
829                 if (PageSwapBacked(page))
830                         return PAGEREF_ACTIVATE;
831                 /*
832                  * All mapped pages start out with page table
833                  * references from the instantiating fault, so we need
834                  * to look twice if a mapped file page is used more
835                  * than once.
836                  *
837                  * Mark it and spare it for another trip around the
838                  * inactive list.  Another page table reference will
839                  * lead to its activation.
840                  *
841                  * Note: the mark is set for activated pages as well
842                  * so that recently deactivated but used pages are
843                  * quickly recovered.
844                  */
845                 SetPageReferenced(page);
846
847                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
848                         return PAGEREF_ACTIVATE;
849
850                 /*
851                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
852                  */
853                 if (vm_flags & VM_EXEC)
854                         return PAGEREF_ACTIVATE;
855
856                 return PAGEREF_KEEP;
857         }
858
859         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
860         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
861                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
862
863         return PAGEREF_RECLAIM;
864 }
865
866 /* Check if a page is dirty or under writeback */
867 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
868                                        bool *dirty, bool *writeback)
869 {
870         struct address_space *mapping;
871
872         /*
873          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
874          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
875          */
876         if (!page_is_file_cache(page)) {
877                 *dirty = false;
878                 *writeback = false;
879                 return;
880         }
881
882         /* By default assume that the page flags are accurate */
883         *dirty = PageDirty(page);
884         *writeback = PageWriteback(page);
885
886         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
887         if (!page_has_private(page))
888                 return;
889
890         mapping = page_mapping(page);
891         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
892                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
893 }
894
895 /*
896  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
897  */
898 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
899                                       struct pglist_data *pgdat,
900                                       struct scan_control *sc,
901                                       enum ttu_flags ttu_flags,
902                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
903                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
904                                       unsigned long *ret_nr_congested,
905                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
906                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
907                                       bool force_reclaim)
908 {
909         LIST_HEAD(ret_pages);
910         LIST_HEAD(free_pages);
911         int pgactivate = 0;
912         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
913         unsigned long nr_dirty = 0;
914         unsigned long nr_congested = 0;
915         unsigned long nr_reclaimed = 0;
916         unsigned long nr_writeback = 0;
917         unsigned long nr_immediate = 0;
918
919         cond_resched();
920
921         while (!list_empty(page_list)) {
922                 struct address_space *mapping;
923                 struct page *page;
924                 int may_enter_fs;
925                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
926                 bool dirty, writeback;
927                 bool lazyfree = false;
928                 int ret = SWAP_SUCCESS;
929
930                 cond_resched();
931
932                 page = lru_to_page(page_list);
933                 list_del(&page->lru);
934
935                 if (!trylock_page(page))
936                         goto keep;
937
938                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
939
940                 sc->nr_scanned++;
941
942                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
943                         goto cull_mlocked;
944
945                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
946                         goto keep_locked;
947
948                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
949                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
950                         sc->nr_scanned++;
951
952                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
953                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
954
955                 /*
956                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
957                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
958                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
959                  * is all dirty unqueued pages.
960                  */
961                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
962                 if (dirty || writeback)
963                         nr_dirty++;
964
965                 if (dirty && !writeback)
966                         nr_unqueued_dirty++;
967
968                 /*
969                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
970                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
971                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
972                  * end of the LRU a second time.
973                  */
974                 mapping = page_mapping(page);
975                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
976                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
977                     (writeback && PageReclaim(page)))
978                         nr_congested++;
979
980                 /*
981                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
982                  * are three cases to consider.
983                  *
984                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
985                  *    under writeback and this page is both under writeback and
986                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
987                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
988                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
989                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
990                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
991                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
992                  *    caller can stall after page list has been processed.
993                  *
994                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
995                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
996                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
997                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
998                  *    reclaim and continue scanning.
999                  *
1000                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1001                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1002                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1003                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1004                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1005                  *    would probably show more reasons.
1006                  *
1007                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1008                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1009                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1010                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1011                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1012                  */
1013                 if (PageWriteback(page)) {
1014                         /* Case 1 above */
1015                         if (current_is_kswapd() &&
1016                             PageReclaim(page) &&
1017                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1018                                 nr_immediate++;
1019                                 goto keep_locked;
1020
1021                         /* Case 2 above */
1022                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1023                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1024                                 /*
1025                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1026                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1027                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1028                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1029                                  * enough to care.  What we do want is for this
1030                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1031                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1032                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1033                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1034                                  */
1035                                 SetPageReclaim(page);
1036                                 nr_writeback++;
1037                                 goto keep_locked;
1038
1039                         /* Case 3 above */
1040                         } else {
1041                                 unlock_page(page);
1042                                 wait_on_page_writeback(page);
1043                                 /* then go back and try same page again */
1044                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1045                                 continue;
1046                         }
1047                 }
1048
1049                 if (!force_reclaim)
1050                         references = page_check_references(page, sc);
1051
1052                 switch (references) {
1053                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1054                         goto activate_locked;
1055                 case PAGEREF_KEEP:
1056                         goto keep_locked;
1057                 case PAGEREF_RECLAIM:
1058                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1059                         ; /* try to reclaim the page below */
1060                 }
1061
1062                 /*
1063                  * Anonymous process memory has backing store?
1064                  * Try to allocate it some swap space here.
1065                  */
1066                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1067                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1068                                 goto keep_locked;
1069                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1070                                 goto activate_locked;
1071                         lazyfree = true;
1072                         may_enter_fs = 1;
1073
1074                         /* Adding to swap updated mapping */
1075                         mapping = page_mapping(page);
1076                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1077                         /* Split file THP */
1078                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1079                                 goto keep_locked;
1080                 }
1081
1082                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransHuge(page), page);
1083
1084                 /*
1085                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1086                  * processes. Try to unmap it here.
1087                  */
1088                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1089                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1090                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1091                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1092                         case SWAP_FAIL:
1093                                 goto activate_locked;
1094                         case SWAP_AGAIN:
1095                                 goto keep_locked;
1096                         case SWAP_MLOCK:
1097                                 goto cull_mlocked;
1098                         case SWAP_LZFREE:
1099                                 goto lazyfree;
1100                         case SWAP_SUCCESS:
1101                                 ; /* try to free the page below */
1102                         }
1103                 }
1104
1105                 if (PageDirty(page)) {
1106                         /*
1107                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1108                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1109                          * if many dirty pages have been encountered.
1110                          */
1111                         if (page_is_file_cache(page) &&
1112                                         (!current_is_kswapd() ||
1113                                          !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1114                                 /*
1115                                  * Immediately reclaim when written back.
1116                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1117                                  * except we already have the page isolated
1118                                  * and know it's dirty
1119                                  */
1120                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1121                                 SetPageReclaim(page);
1122
1123                                 goto keep_locked;
1124                         }
1125
1126                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1127                                 goto keep_locked;
1128                         if (!may_enter_fs)
1129                                 goto keep_locked;
1130                         if (!sc->may_writepage)
1131                                 goto keep_locked;
1132
1133                         /*
1134                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1135                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1136                          * starts and then write it out here.
1137                          */
1138                         try_to_unmap_flush_dirty();
1139                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1140                         case PAGE_KEEP:
1141                                 goto keep_locked;
1142                         case PAGE_ACTIVATE:
1143                                 goto activate_locked;
1144                         case PAGE_SUCCESS:
1145                                 if (PageWriteback(page))
1146                                         goto keep;
1147                                 if (PageDirty(page))
1148                                         goto keep;
1149
1150                                 /*
1151                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1152                                  * ahead and try to reclaim the page.
1153                                  */
1154                                 if (!trylock_page(page))
1155                                         goto keep;
1156                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1157                                         goto keep_locked;
1158                                 mapping = page_mapping(page);
1159                         case PAGE_CLEAN:
1160                                 ; /* try to free the page below */
1161                         }
1162                 }
1163
1164                 /*
1165                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1166                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1167                  * the page as well.
1168                  *
1169                  * We do this even if the page is PageDirty().
1170                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1171                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1172                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1173                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1174                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1175                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1176                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1177                  *
1178                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1179                  * the pages which were not successfully invalidated in
1180                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1181                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1182                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1183                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1184                  */
1185                 if (page_has_private(page)) {
1186                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1187                                 goto activate_locked;
1188                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1189                                 unlock_page(page);
1190                                 if (put_page_testzero(page))
1191                                         goto free_it;
1192                                 else {
1193                                         /*
1194                                          * rare race with speculative reference.
1195                                          * the speculative reference will free
1196                                          * this page shortly, so we may
1197                                          * increment nr_reclaimed here (and
1198                                          * leave it off the LRU).
1199                                          */
1200                                         nr_reclaimed++;
1201                                         continue;
1202                                 }
1203                         }
1204                 }
1205
1206 lazyfree:
1207                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1208                         goto keep_locked;
1209
1210                 /*
1211                  * At this point, we have no other references and there is
1212                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1213                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1214                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1215                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1216                  */
1217                 __ClearPageLocked(page);
1218 free_it:
1219                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1220                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1221
1222                 nr_reclaimed++;
1223
1224                 /*
1225                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1226                  * appear not as the counts should be low
1227                  */
1228                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1229                 continue;
1230
1231 cull_mlocked:
1232                 if (PageSwapCache(page))
1233                         try_to_free_swap(page);
1234                 unlock_page(page);
1235                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1236                 continue;
1237
1238 activate_locked:
1239                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1240                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1241                         try_to_free_swap(page);
1242                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1243                 SetPageActive(page);
1244                 pgactivate++;
1245 keep_locked:
1246                 unlock_page(page);
1247 keep:
1248                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1249                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1250         }
1251
1252         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1253         try_to_unmap_flush();
1254         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1255
1256         list_splice(&ret_pages, page_list);
1257         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1258
1259         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1260         *ret_nr_congested += nr_congested;
1261         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1262         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1263         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1264         return nr_reclaimed;
1265 }
1266
1267 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1268                                             struct list_head *page_list)
1269 {
1270         struct scan_control sc = {
1271                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1272                 .priority = DEF_PRIORITY,
1273                 .may_unmap = 1,
1274         };
1275         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1276         struct page *page, *next;
1277         LIST_HEAD(clean_pages);
1278
1279         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1280                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1281                     !__PageMovable(page)) {
1282                         ClearPageActive(page);
1283                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1284                 }
1285         }
1286
1287         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1288                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1289                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1290         list_splice(&clean_pages, page_list);
1291         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1292         return ret;
1293 }
1294
1295 /*
1296  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1297  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1298  * freed elsewhere are also ignored.
1299  *
1300  * page:        page to consider
1301  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1302  *
1303  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1304  */
1305 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1306 {
1307         int ret = -EINVAL;
1308
1309         /* Only take pages on the LRU. */
1310         if (!PageLRU(page))
1311                 return ret;
1312
1313         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1314         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1315                 return ret;
1316
1317         ret = -EBUSY;
1318
1319         /*
1320          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1321          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1322          * blocking - clean pages for the most part.
1323          *
1324          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1325          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1326          *
1327          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1328          * that it is possible to migrate without blocking
1329          */
1330         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1331                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1332                 if (PageWriteback(page))
1333                         return ret;
1334
1335                 if (PageDirty(page)) {
1336                         struct address_space *mapping;
1337
1338                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1339                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1340                                 return ret;
1341
1342                         /*
1343                          * Only pages without mappings or that have a
1344                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1345                          * without blocking
1346                          */
1347                         mapping = page_mapping(page);
1348                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1349                                 return ret;
1350                 }
1351         }
1352
1353         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1354                 return ret;
1355
1356         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1357                 /*
1358                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1359                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1360                  * page release code relies on it.
1361                  */
1362                 ClearPageLRU(page);
1363                 ret = 0;
1364         }
1365
1366         return ret;
1367 }
1368
1369 /*
1370  * zone_lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1371  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1372  * and working on them outside the LRU lock.
1373  *
1374  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1375  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1376  *
1377  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1378  *
1379  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1380  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1381  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1382  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1383  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1384  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1385  * @lru:        LRU list id for isolating
1386  *
1387  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1388  */
1389 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1390                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1391                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1392                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1393 {
1394         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1395         unsigned long nr_taken = 0;
1396         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1397         unsigned long scan, nr_pages;
1398         LIST_HEAD(pages_skipped);
1399
1400         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1401                                         !list_empty(src); scan++) {
1402                 struct page *page;
1403
1404                 page = lru_to_page(src);
1405                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1406
1407                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1408
1409                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1410                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1411                         continue;
1412                 }
1413
1414                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1415                 case 0:
1416                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1417                         nr_taken += nr_pages;
1418                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1419                         list_move(&page->lru, dst);
1420                         break;
1421
1422                 case -EBUSY:
1423                         /* else it is being freed elsewhere */
1424                         list_move(&page->lru, src);
1425                         continue;
1426
1427                 default:
1428                         BUG();
1429                 }
1430         }
1431
1432         /*
1433          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1434          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1435          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1436          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1437          * system at risk of premature OOM.
1438          */
1439         if (!list_empty(&pages_skipped))
1440                 list_splice(&pages_skipped, src);
1441         *nr_scanned = scan;
1442         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1443                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1444         for (scan = 0; scan < MAX_NR_ZONES; scan++) {
1445                 nr_pages = nr_zone_taken[scan];
1446                 if (!nr_pages)
1447                         continue;
1448
1449                 update_lru_size(lruvec, lru, scan, -nr_pages);
1450         }
1451         return nr_taken;
1452 }
1453
1454 /**
1455  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1456  * @page: page to isolate from its LRU list
1457  *
1458  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1459  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1460  *
1461  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1462  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1463  *
1464  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1465  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1466  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1467  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1468  *
1469  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1470  * found will be decremented.
1471  *
1472  * Restrictions:
1473  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1474  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1475  *     without a stable reference).
1476  * (2) the lru_lock must not be held.
1477  * (3) interrupts must be enabled.
1478  */
1479 int isolate_lru_page(struct page *page)
1480 {
1481         int ret = -EBUSY;
1482
1483         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1484         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1485
1486         if (PageLRU(page)) {
1487                 struct zone *zone = page_zone(page);
1488                 struct lruvec *lruvec;
1489
1490                 spin_lock_irq(zone_lru_lock(zone));
1491                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone->zone_pgdat);
1492                 if (PageLRU(page)) {
1493                         int lru = page_lru(page);
1494                         get_page(page);
1495                         ClearPageLRU(page);
1496                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1497                         ret = 0;
1498                 }
1499                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
1500         }
1501         return ret;
1502 }
1503
1504 /*
1505  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1506  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1507  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1508  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1509  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1510  */
1511 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1512                 struct scan_control *sc)
1513 {
1514         unsigned long inactive, isolated;
1515
1516         if (current_is_kswapd())
1517                 return 0;
1518
1519         if (!sane_reclaim(sc))
1520                 return 0;
1521
1522         if (file) {
1523                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1524                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1525         } else {
1526                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1527                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1528         }
1529
1530         /*
1531          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1532          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1533          * deadlock.
1534          */
1535         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1536                 inactive >>= 3;
1537
1538         return isolated > inactive;
1539 }
1540
1541 static noinline_for_stack void
1542 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1543 {
1544         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1545         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1546         LIST_HEAD(pages_to_free);
1547
1548         /*
1549          * Put back any unfreeable pages.
1550          */
1551         while (!list_empty(page_list)) {
1552                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1553                 int lru;
1554
1555                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1556                 list_del(&page->lru);
1557                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1558                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1559                         putback_lru_page(page);
1560                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1561                         continue;
1562                 }
1563
1564                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1565
1566                 SetPageLRU(page);
1567                 lru = page_lru(page);
1568                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1569
1570                 if (is_active_lru(lru)) {
1571                         int file = is_file_lru(lru);
1572                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1573                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1574                 }
1575                 if (put_page_testzero(page)) {
1576                         __ClearPageLRU(page);
1577                         __ClearPageActive(page);
1578                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1579
1580                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1581                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1582                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1583                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1584                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1585                         } else
1586                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1587                 }
1588         }
1589
1590         /*
1591          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1592          */
1593         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1594 }
1595
1596 /*
1597  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1598  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1599  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1600  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1601  */
1602 static int current_may_throttle(void)
1603 {
1604         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1605                 current->backing_dev_info == NULL ||
1606                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1607 }
1608
1609 /*
1610  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1611  * of reclaimed pages
1612  */
1613 static noinline_for_stack unsigned long
1614 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1615                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1616 {
1617         LIST_HEAD(page_list);
1618         unsigned long nr_scanned;
1619         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1620         unsigned long nr_taken;
1621         unsigned long nr_dirty = 0;
1622         unsigned long nr_congested = 0;
1623         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1624         unsigned long nr_writeback = 0;
1625         unsigned long nr_immediate = 0;
1626         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1627         int file = is_file_lru(lru);
1628         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1629         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1630
1631         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1632                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1633
1634                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1635                 if (fatal_signal_pending(current))
1636                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1637         }
1638
1639         lru_add_drain();
1640
1641         if (!sc->may_unmap)
1642                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1643         if (!sc->may_writepage)
1644                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1645
1646         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1647
1648         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1649                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1650
1651         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1652         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1653
1654         if (global_reclaim(sc)) {
1655                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1656                 if (current_is_kswapd())
1657                         __count_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, nr_scanned);
1658                 else
1659                         __count_vm_events(PGSCAN_DIRECT, nr_scanned);
1660         }
1661         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1662
1663         if (nr_taken == 0)
1664                 return 0;
1665
1666         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, TTU_UNMAP,
1667                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1668                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1669                                 false);
1670
1671         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1672
1673         if (global_reclaim(sc)) {
1674                 if (current_is_kswapd())
1675                         __count_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, nr_reclaimed);
1676                 else
1677                         __count_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, nr_reclaimed);
1678         }
1679
1680         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1681
1682         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1683
1684         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1685
1686         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1687         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1688
1689         /*
1690          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1691          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1692          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1693          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1694          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1695          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1696          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1697          * same way balance_dirty_pages() manages.
1698          *
1699          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1700          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1701          * are encountered in the nr_immediate check below.
1702          */
1703         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1704                 set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
1705
1706         /*
1707          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1708          * stalling here.
1709          */
1710         if (sane_reclaim(sc)) {
1711                 /*
1712                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1713                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1714                  */
1715                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1716                         set_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
1717
1718                 /*
1719                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1720                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1721                  * the pgdat PGDAT_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1722                  * reclaim context.
1723                  */
1724                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1725                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
1726
1727                 /*
1728                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1729                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1730                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1731                  * they are written so also forcibly stall.
1732                  */
1733                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1734                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1735         }
1736
1737         /*
1738          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1739          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1740          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1741          */
1742         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1743             current_may_throttle())
1744                 wait_iff_congested(pgdat, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1745
1746         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1747                         nr_scanned, nr_reclaimed,
1748                         sc->priority, file);
1749         return nr_reclaimed;
1750 }
1751
1752 /*
1753  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1754  *
1755  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1756  * processes, from rmap.
1757  *
1758  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1759  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1760  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1761  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1762  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1763  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1764  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1765  *
1766  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1767  * But we had to alter page->flags anyway.
1768  */
1769
1770 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1771                                      struct list_head *list,
1772                                      struct list_head *pages_to_free,
1773                                      enum lru_list lru)
1774 {
1775         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1776         unsigned long pgmoved = 0;
1777         struct page *page;
1778         int nr_pages;
1779
1780         while (!list_empty(list)) {
1781                 page = lru_to_page(list);
1782                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1783
1784                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1785                 SetPageLRU(page);
1786
1787                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1788                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1789                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1790                 pgmoved += nr_pages;
1791
1792                 if (put_page_testzero(page)) {
1793                         __ClearPageLRU(page);
1794                         __ClearPageActive(page);
1795                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1796
1797                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1798                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1799                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1800                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1801                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1802                         } else
1803                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1804                 }
1805         }
1806
1807         if (!is_active_lru(lru))
1808                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1809 }
1810
1811 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1812                                struct lruvec *lruvec,
1813                                struct scan_control *sc,
1814                                enum lru_list lru)
1815 {
1816         unsigned long nr_taken;
1817         unsigned long nr_scanned;
1818         unsigned long vm_flags;
1819         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1820         LIST_HEAD(l_active);
1821         LIST_HEAD(l_inactive);
1822         struct page *page;
1823         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1824         unsigned long nr_rotated = 0;
1825         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1826         int file = is_file_lru(lru);
1827         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1828
1829         lru_add_drain();
1830
1831         if (!sc->may_unmap)
1832                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1833         if (!sc->may_writepage)
1834                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1835
1836         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1837
1838         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1839                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1840
1841         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1842         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1843
1844         if (global_reclaim(sc))
1845                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1846         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
1847
1848         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1849
1850         while (!list_empty(&l_hold)) {
1851                 cond_resched();
1852                 page = lru_to_page(&l_hold);
1853                 list_del(&page->lru);
1854
1855                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1856                         putback_lru_page(page);
1857                         continue;
1858                 }
1859
1860                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1861                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1862                                 if (page_has_private(page))
1863                                         try_to_release_page(page, 0);
1864                                 unlock_page(page);
1865                         }
1866                 }
1867
1868                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1869                                     &vm_flags)) {
1870                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1871                         /*
1872                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1873                          * give them one more trip around the active list. So
1874                          * that executable code get better chances to stay in
1875                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1876                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1877                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1878                          * so we ignore them here.
1879                          */
1880                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1881                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1882                                 continue;
1883                         }
1884                 }
1885
1886                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1887                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1888         }
1889
1890         /*
1891          * Move pages back to the lru list.
1892          */
1893         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1894         /*
1895          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1896          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1897          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1898          * get_scan_count.
1899          */
1900         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1901
1902         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1903         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1904         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1905         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1906
1907         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1908         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1909 }
1910
1911 /*
1912  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
1913  * to do too much work.
1914  *
1915  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
1916  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
1917  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
1918  *
1919  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
1920  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
1921  *
1922  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
1923  * on this LRU, maintained by the pageout code. A zone->inactive_ratio
1924  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
1925  *
1926  * total     target    max
1927  * memory    ratio     inactive
1928  * -------------------------------------
1929  *   10MB       1         5MB
1930  *  100MB       1        50MB
1931  *    1GB       3       250MB
1932  *   10GB      10       0.9GB
1933  *  100GB      31         3GB
1934  *    1TB     101        10GB
1935  *   10TB     320        32GB
1936  */
1937 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file)
1938 {
1939         unsigned long inactive_ratio;
1940         unsigned long inactive;
1941         unsigned long active;
1942         unsigned long gb;
1943
1944         /*
1945          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1946          * is pointless.
1947          */
1948         if (!file && !total_swap_pages)
1949                 return false;
1950
1951         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE);
1952         active = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE);
1953
1954         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
1955         if (gb)
1956                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
1957         else
1958                 inactive_ratio = 1;
1959
1960         return inactive * inactive_ratio < active;
1961 }
1962
1963 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1964                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1965 {
1966         if (is_active_lru(lru)) {
1967                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru)))
1968                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1969                 return 0;
1970         }
1971
1972         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1973 }
1974
1975 enum scan_balance {
1976         SCAN_EQUAL,
1977         SCAN_FRACT,
1978         SCAN_ANON,
1979         SCAN_FILE,
1980 };
1981
1982 /*
1983  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1984  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1985  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1986  * onto the active list instead of evict.
1987  *
1988  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1989  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1990  */
1991 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
1992                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1993                            unsigned long *lru_pages)
1994 {
1995         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
1996         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1997         u64 fraction[2];
1998         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1999         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2000         unsigned long anon_prio, file_prio;
2001         enum scan_balance scan_balance;
2002         unsigned long anon, file;
2003         bool force_scan = false;
2004         unsigned long ap, fp;
2005         enum lru_list lru;
2006         bool some_scanned;
2007         int pass;
2008
2009         /*
2010          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
2011          * results in no scanning on this priority and a potential
2012          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
2013          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
2014          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
2015          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
2016          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
2017          * well.
2018          */
2019         if (current_is_kswapd()) {
2020                 if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
2021                         force_scan = true;
2022                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
2023                         force_scan = true;
2024         }
2025         if (!global_reclaim(sc))
2026                 force_scan = true;
2027
2028         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2029         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2030                 scan_balance = SCAN_FILE;
2031                 goto out;
2032         }
2033
2034         /*
2035          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2036          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2037          * disable swapping for individual groups completely when
2038          * using the memory controller's swap limit feature would be
2039          * too expensive.
2040          */
2041         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2042                 scan_balance = SCAN_FILE;
2043                 goto out;
2044         }
2045
2046         /*
2047          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2048          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2049          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2050          */
2051         if (!sc->priority && swappiness) {
2052                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2053                 goto out;
2054         }
2055
2056         /*
2057          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2058          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2059          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2060          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2061          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2062          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2063          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2064          */
2065         if (global_reclaim(sc)) {
2066                 unsigned long pgdatfile;
2067                 unsigned long pgdatfree;
2068                 int z;
2069                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2070
2071                 pgdatfree = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2072                 pgdatfile = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2073                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2074
2075                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2076                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2077                         if (!populated_zone(zone))
2078                                 continue;
2079
2080                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2081                 }
2082
2083                 if (unlikely(pgdatfile + pgdatfree <= total_high_wmark)) {
2084                         scan_balance = SCAN_ANON;
2085                         goto out;
2086                 }
2087         }
2088
2089         /*
2090          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2091          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2092          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2093          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2094          * Without the second condition we could end up never scanning an
2095          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2096          * system is under heavy pressure.
2097          */
2098         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true) &&
2099             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2100                 scan_balance = SCAN_FILE;
2101                 goto out;
2102         }
2103
2104         scan_balance = SCAN_FRACT;
2105
2106         /*
2107          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2108          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2109          */
2110         anon_prio = swappiness;
2111         file_prio = 200 - anon_prio;
2112
2113         /*
2114          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2115          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2116          * ratios to determine how valuable each cache is.
2117          *
2118          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2119          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2120          * up weighing recent references more than old ones.
2121          *
2122          * anon in [0], file in [1]
2123          */
2124
2125         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2126                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2127         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2128                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2129
2130         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2131         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2132                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2133                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2134         }
2135
2136         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2137                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2138                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2139         }
2140
2141         /*
2142          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2143          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2144          * each list that were recently referenced and in active use.
2145          */
2146         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2147         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2148
2149         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2150         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2151         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2152
2153         fraction[0] = ap;
2154         fraction[1] = fp;
2155         denominator = ap + fp + 1;
2156 out:
2157         some_scanned = false;
2158         /* Only use force_scan on second pass. */
2159         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2160                 *lru_pages = 0;
2161                 for_each_evictable_lru(lru) {
2162                         int file = is_file_lru(lru);
2163                         unsigned long size;
2164                         unsigned long scan;
2165
2166                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2167                         scan = size >> sc->priority;
2168
2169                         if (!scan && pass && force_scan)
2170                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2171
2172                         switch (scan_balance) {
2173                         case SCAN_EQUAL:
2174                                 /* Scan lists relative to size */
2175                                 break;
2176                         case SCAN_FRACT:
2177                                 /*
2178                                  * Scan types proportional to swappiness and
2179                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2180                                  */
2181                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2182                                                         denominator);
2183                                 break;
2184                         case SCAN_FILE:
2185                         case SCAN_ANON:
2186                                 /* Scan one type exclusively */
2187                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2188                                         size = 0;
2189                                         scan = 0;
2190                                 }
2191                                 break;
2192                         default:
2193                                 /* Look ma, no brain */
2194                                 BUG();
2195                         }
2196
2197                         *lru_pages += size;
2198                         nr[lru] = scan;
2199
2200                         /*
2201                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2202                          * if we found something to scan.
2203                          */
2204                         some_scanned |= !!scan;
2205                 }
2206         }
2207 }
2208
2209 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2210 static void init_tlb_ubc(void)
2211 {
2212         /*
2213          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2214          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2215          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2216          * then will be cleared.
2217          */
2218         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2219 }
2220 #else
2221 static inline void init_tlb_ubc(void)
2222 {
2223 }
2224 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2225
2226 /*
2227  * This is a basic per-node page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2228  */
2229 static void shrink_node_memcg(struct pglist_data *pgdat, struct mem_cgroup *memcg,
2230                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2231 {
2232         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2233         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2234         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2235         unsigned long nr_to_scan;
2236         enum lru_list lru;
2237         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2238         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2239         struct blk_plug plug;
2240         bool scan_adjusted;
2241
2242         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2243
2244         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2245         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2246
2247         /*
2248          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2249          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2250          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2251          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2252          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2253          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2254          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2255          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2256          * dropped to zero at the first pass.
2257          */
2258         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2259                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2260
2261         init_tlb_ubc();
2262
2263         blk_start_plug(&plug);
2264         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2265                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2266                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2267                 unsigned long nr_scanned;
2268
2269                 for_each_evictable_lru(lru) {
2270                         if (nr[lru]) {
2271                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2272                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2273
2274                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2275                                                             lruvec, sc);
2276                         }
2277                 }
2278
2279                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2280                         continue;
2281
2282                 /*
2283                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2284                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2285                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2286                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2287                  * proportional to the original scan target.
2288                  */
2289                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2290                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2291
2292                 /*
2293                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2294                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2295                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2296                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2297                  */
2298                 if (!nr_file || !nr_anon)
2299                         break;
2300
2301                 if (nr_file > nr_anon) {
2302                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2303                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2304                         lru = LRU_BASE;
2305                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2306                 } else {
2307                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2308                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2309                         lru = LRU_FILE;
2310                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2311                 }
2312
2313                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2314                 nr[lru] = 0;
2315                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2316
2317                 /*
2318                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2319                  * scan target and the percentage scanning already complete
2320                  */
2321                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
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                 lru += LRU_ACTIVE;
2327                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2328                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2329                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2330
2331                 scan_adjusted = true;
2332         }
2333         blk_finish_plug(&plug);
2334         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2335
2336         /*
2337          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2338          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2339          */
2340         if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2341                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2342                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2343
2344         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2345 }
2346
2347 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2348 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2349 {
2350         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2351                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2352                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2353                 return true;
2354
2355         return false;
2356 }
2357
2358 /*
2359  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2360  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2361  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2362  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2363  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2364  */
2365 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2366                                         unsigned long nr_reclaimed,
2367                                         unsigned long nr_scanned,
2368                                         struct scan_control *sc)
2369 {
2370         unsigned long pages_for_compaction;
2371         unsigned long inactive_lru_pages;
2372         int z;
2373
2374         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2375         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2376                 return false;
2377
2378         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2379         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2380                 /*
2381                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2382                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2383                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2384                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2385                  */
2386                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2387                         return false;
2388         } else {
2389                 /*
2390                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2391                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2392                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2393                  * pages that were scanned. This will return to the
2394                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2395                  * the resulting allocation attempt fails
2396                  */
2397                 if (!nr_reclaimed)
2398                         return false;
2399         }
2400
2401         /*
2402          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2403          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2404          */
2405         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2406         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2407         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2408                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2409         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2410                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2411                 return true;
2412
2413         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2414         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2415                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2416                 if (!populated_zone(zone))
2417                         continue;
2418
2419                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2420                 case COMPACT_PARTIAL:
2421                 case COMPACT_CONTINUE:
2422                         return false;
2423                 default:
2424                         /* check next zone */
2425                         ;
2426                 }
2427         }
2428         return true;
2429 }
2430
2431 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc,
2432                         enum zone_type classzone_idx)
2433 {
2434         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2435         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2436         bool reclaimable = false;
2437
2438         do {
2439                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2440                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2441                         .pgdat = pgdat,
2442                         .priority = sc->priority,
2443                 };
2444                 unsigned long node_lru_pages = 0;
2445                 struct mem_cgroup *memcg;
2446
2447                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2448                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2449
2450                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2451                 do {
2452                         unsigned long lru_pages;
2453                         unsigned long reclaimed;
2454                         unsigned long scanned;
2455
2456                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2457                                 if (!sc->may_thrash)
2458                                         continue;
2459                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2460                         }
2461
2462                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2463                         scanned = sc->nr_scanned;
2464
2465                         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, sc, &lru_pages);
2466                         node_lru_pages += lru_pages;
2467
2468                         if (!global_reclaim(sc))
2469                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id,
2470                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2471                                             lru_pages);
2472
2473                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2474                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2475                                    sc->nr_scanned - scanned,
2476                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2477
2478                         /*
2479                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2480                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2481                          * node.
2482                          *
2483                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2484                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2485                          * retry with decreasing priority if one round over the
2486                          * whole hierarchy is not sufficient.
2487                          */
2488                         if (!global_reclaim(sc) &&
2489                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2490                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2491                                 break;
2492                         }
2493                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2494
2495                 /*
2496                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2497                  * the eligible LRU pages were scanned.
2498                  */
2499                 if (global_reclaim(sc))
2500                         shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, NULL,
2501                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2502                                     node_lru_pages);
2503
2504                 if (reclaim_state) {
2505                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2506                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2507                 }
2508
2509                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2510                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2511                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2512                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2513
2514                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2515                         reclaimable = true;
2516
2517         } while (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2518                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2519
2520         return reclaimable;
2521 }
2522
2523 /*
2524  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2525  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2526  */
2527 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
2528 {
2529         unsigned long watermark;
2530         bool watermark_ok;
2531
2532         /*
2533          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2534          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2535          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2536          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2537          */
2538         watermark = high_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
2539         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, classzone_idx);
2540
2541         /*
2542          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2543          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2544          */
2545         if (compaction_deferred(zone, order))
2546                 return watermark_ok;
2547
2548         /*
2549          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2550          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2551          */
2552         if (compaction_suitable(zone, order, 0, classzone_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2553                 return false;
2554
2555         return watermark_ok;
2556 }
2557
2558 /*
2559  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2560  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2561  * request.
2562  *
2563  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2564  * scan then give up on it.
2565  */
2566 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2567 {
2568         struct zoneref *z;
2569         struct zone *zone;
2570         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2571         unsigned long nr_soft_scanned;
2572         gfp_t orig_mask;
2573         enum zone_type classzone_idx;
2574         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2575
2576         /*
2577          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2578          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2579          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2580          */
2581         orig_mask = sc->gfp_mask;
2582         if (buffer_heads_over_limit) {
2583                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2584                 sc->reclaim_idx = classzone_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2585         }
2586
2587         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2588                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2589                 if (!populated_zone(zone))
2590                         continue;
2591
2592                 /*
2593                  * Note that reclaim_idx does not change as it is the highest
2594                  * zone reclaimed from which for empty zones is a no-op but
2595                  * classzone_idx is used by shrink_node to test if the slabs
2596                  * should be shrunk on a given node.
2597                  */
2598                 classzone_idx = sc->reclaim_idx;
2599                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2600                                                         classzone_idx))
2601                         classzone_idx--;
2602
2603                 /*
2604                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2605                  * to global LRU.
2606                  */
2607                 if (global_reclaim(sc)) {
2608                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2609                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2610                                 continue;
2611
2612                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2613                             !pgdat_reclaimable(zone->zone_pgdat))
2614                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2615
2616                         /*
2617                          * If we already have plenty of memory free for
2618                          * compaction in this zone, don't free any more.
2619                          * Even though compaction is invoked for any
2620                          * non-zero order, only frequent costly order
2621                          * reclamation is disruptive enough to become a
2622                          * noticeable problem, like transparent huge
2623                          * page allocations.
2624                          */
2625                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2626                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2627                             zonelist_zone_idx(z) <= classzone_idx &&
2628                             compaction_ready(zone, sc->order, classzone_idx)) {
2629                                 sc->compaction_ready = true;
2630                                 continue;
2631                         }
2632
2633                         /*
2634                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2635                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2636                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2637                          * the user prefers lower zones being preserved.
2638                          */
2639                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2640                                 continue;
2641
2642                         /*
2643                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2644                          * and returns the number of reclaimed pages and
2645                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2646                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2647                          */
2648                         nr_soft_scanned = 0;
2649                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2650                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2651                                                 &nr_soft_scanned);
2652                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2653                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2654                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2655                 }
2656
2657                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2658                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2659                         continue;
2660                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2661                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc, classzone_idx);
2662         }
2663
2664         /*
2665          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2666          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2667          */
2668         sc->gfp_mask = orig_mask;
2669 }
2670
2671 /*
2672  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2673  *
2674  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2675  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2676  *
2677  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2678  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2679  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2680  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2681  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2682  * work, and the allocation attempt will fail.
2683  *
2684  * returns:     0, if no pages reclaimed
2685  *              else, the number of pages reclaimed
2686  */
2687 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2688                                           struct scan_control *sc)
2689 {
2690         int initial_priority = sc->priority;
2691         unsigned long total_scanned = 0;
2692         unsigned long writeback_threshold;
2693 retry:
2694         delayacct_freepages_start();
2695
2696         if (global_reclaim(sc))
2697                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2698
2699         do {
2700                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2701                                 sc->priority);
2702                 sc->nr_scanned = 0;
2703                 shrink_zones(zonelist, sc);
2704
2705                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2706                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2707                         break;
2708
2709                 if (sc->compaction_ready)
2710                         break;
2711
2712                 /*
2713                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2714                  * writepage even in laptop mode.
2715                  */
2716                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2717                         sc->may_writepage = 1;
2718
2719                 /*
2720                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2721                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2722                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2723                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2724                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2725                  */
2726                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2727                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2728                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2729                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2730                         sc->may_writepage = 1;
2731                 }
2732         } while (--sc->priority >= 0);
2733
2734         delayacct_freepages_end();
2735
2736         if (sc->nr_reclaimed)
2737                 return sc->nr_reclaimed;
2738
2739         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2740         if (sc->compaction_ready)
2741                 return 1;
2742
2743         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2744         if (!sc->may_thrash) {
2745                 sc->priority = initial_priority;
2746                 sc->may_thrash = 1;
2747                 goto retry;
2748         }
2749
2750         return 0;
2751 }
2752
2753 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2754 {
2755         struct zone *zone;
2756         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2757         unsigned long free_pages = 0;
2758         int i;
2759         bool wmark_ok;
2760
2761         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2762                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2763                 if (!populated_zone(zone) ||
2764                     pgdat_reclaimable_pages(pgdat) == 0)
2765                         continue;
2766
2767                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2768                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2769         }
2770
2771         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2772         if (!pfmemalloc_reserve)
2773                 return true;
2774
2775         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2776
2777         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2778         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2779                 pgdat->kswapd_classzone_idx = min(pgdat->kswapd_classzone_idx,
2780                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2781                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2782         }
2783
2784         return wmark_ok;
2785 }
2786
2787 /*
2788  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2789  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2790  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2791  * when the low watermark is reached.
2792  *
2793  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2794  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2795  */
2796 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2797                                         nodemask_t *nodemask)
2798 {
2799         struct zoneref *z;
2800         struct zone *zone;
2801         pg_data_t *pgdat = NULL;
2802
2803         /*
2804          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2805          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2806          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2807          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2808          * processes to block on log_wait_commit().
2809          */
2810         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2811                 goto out;
2812
2813         /*
2814          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2815          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2816          */
2817         if (fatal_signal_pending(current))
2818                 goto out;
2819
2820         /*
2821          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2822          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2823          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2824          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2825          *
2826          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2827          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2828          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2829          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2830          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2831          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2832          * should make reasonable progress.
2833          */
2834         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2835                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2836                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2837                         continue;
2838
2839                 /* Throttle based on the first usable node */
2840                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2841                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2842                         goto out;
2843                 break;
2844         }
2845
2846         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2847         if (!pgdat)
2848                 goto out;
2849
2850         /* Account for the throttling */
2851         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2852
2853         /*
2854          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2855          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2856          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2857          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2858          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2859          * second before continuing.
2860          */
2861         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2862                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2863                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2864
2865                 goto check_pending;
2866         }
2867
2868         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2869         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2870                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2871
2872 check_pending:
2873         if (fatal_signal_pending(current))
2874                 return true;
2875
2876 out:
2877         return false;
2878 }
2879
2880 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2881                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2882 {
2883         unsigned long nr_reclaimed;
2884         struct scan_control sc = {
2885                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2886                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2887                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
2888                 .order = order,
2889                 .nodemask = nodemask,
2890                 .priority = DEF_PRIORITY,
2891                 .may_writepage = !laptop_mode,
2892                 .may_unmap = 1,
2893                 .may_swap = 1,
2894         };
2895
2896         /*
2897          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2898          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2899          * point.
2900          */
2901         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2902                 return 1;
2903
2904         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2905                                 sc.may_writepage,
2906                                 gfp_mask);
2907
2908         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2909
2910         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2911
2912         return nr_reclaimed;
2913 }
2914
2915 #ifdef CONFIG_MEMCG
2916
2917 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
2918                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2919                                                 pg_data_t *pgdat,
2920                                                 unsigned long *nr_scanned)
2921 {
2922         struct scan_control sc = {
2923                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2924                 .target_mem_cgroup = memcg,
2925                 .may_writepage = !laptop_mode,
2926                 .may_unmap = 1,
2927                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2928                 .may_swap = !noswap,
2929         };
2930         unsigned long lru_pages;
2931
2932         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2933                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2934
2935         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2936                                                       sc.may_writepage,
2937                                                       sc.gfp_mask);
2938
2939         /*
2940          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2941          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2942          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
2943          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2944          * the priority and make it zero.
2945          */
2946         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, &sc, &lru_pages);
2947
2948         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2949
2950         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2951         return sc.nr_reclaimed;
2952 }
2953
2954 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2955                                            unsigned long nr_pages,
2956                                            gfp_t gfp_mask,
2957                                            bool may_swap)
2958 {
2959         struct zonelist *zonelist;
2960         unsigned long nr_reclaimed;
2961         int nid;
2962         struct scan_control sc = {
2963                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2964                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2965                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2966                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2967                 .target_mem_cgroup = memcg,
2968                 .priority = DEF_PRIORITY,
2969                 .may_writepage = !laptop_mode,
2970                 .may_unmap = 1,
2971                 .may_swap = may_swap,
2972         };
2973
2974         /*
2975          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2976          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2977          * scan does not need to be the current node.
2978          */
2979         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2980
2981         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2982
2983         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2984                                             sc.may_writepage,
2985                                             sc.gfp_mask);
2986
2987         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2988
2989         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2990
2991         return nr_reclaimed;
2992 }
2993 #endif
2994
2995 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
2996                                 struct scan_control *sc)
2997 {
2998         struct mem_cgroup *memcg;
2999
3000         if (!total_swap_pages)
3001                 return;
3002
3003         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3004         do {
3005                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
3006
3007                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
3008                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3009                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3010
3011                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3012         } while (memcg);
3013 }
3014
3015 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
3016 {
3017         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone);
3018
3019         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3020                 return false;
3021
3022         /*
3023          * If any eligible zone is balanced then the node is not considered
3024          * to be congested or dirty
3025          */
3026         clear_bit(PGDAT_CONGESTED, &zone->zone_pgdat->flags);
3027         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &zone->zone_pgdat->flags);
3028
3029         return true;
3030 }
3031
3032 /*
3033  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3034  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3035  *
3036  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3037  */
3038 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
3039                                         int classzone_idx)
3040 {
3041         int i;
3042
3043         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
3044         if (remaining)
3045                 return false;
3046
3047         /*
3048          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3049          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3050          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3051          * throttled. There is also a potential race if processes get
3052          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3053          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3054          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3055          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3056          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3057          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3058          * that here we are under prepare_to_wait().
3059          */
3060         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3061                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3062
3063         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3064                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3065
3066                 if (!populated_zone(zone))
3067                         continue;
3068
3069                 if (!zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3070                         return false;
3071         }
3072
3073         return true;
3074 }
3075
3076 /*
3077  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3078  * zone that is currently unbalanced.
3079  *
3080  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3081  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3082  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3083  */
3084 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3085                                int classzone_idx,
3086                                struct scan_control *sc)
3087 {
3088         struct zone *zone;
3089         int z;
3090
3091         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3092         sc->nr_to_reclaim = 0;
3093         for (z = 0; z <= classzone_idx; z++) {
3094                 zone = pgdat->node_zones + z;
3095                 if (!populated_zone(zone))
3096                         continue;
3097
3098                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3099         }
3100
3101         /*
3102          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3103          * now pressure is applied based on node LRU order.
3104          */
3105         shrink_node(pgdat, sc, classzone_idx);
3106
3107         /*
3108          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3109          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3110          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3111          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3112          * can direct reclaim/compact.
3113          */
3114         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= 2UL << sc->order)
3115                 sc->order = 0;
3116
3117         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3118 }
3119
3120 /*
3121  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3122  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3123  * balanced.
3124  *
3125  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3126  *
3127  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3128  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3129  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page is that zone
3130  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3131  * balanced.
3132  */
3133 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3134 {
3135         int i;
3136         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3137         unsigned long nr_soft_scanned;
3138         struct zone *zone;
3139         struct scan_control sc = {
3140                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3141                 .order = order,
3142                 .priority = DEF_PRIORITY,
3143                 .may_writepage = !laptop_mode,
3144                 .may_unmap = 1,
3145                 .may_swap = 1,
3146                 .reclaim_idx = classzone_idx,
3147         };
3148         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3149
3150         do {
3151                 bool raise_priority = true;
3152
3153                 sc.nr_reclaimed = 0;
3154
3155                 /*
3156                  * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the
3157                  * maximum allowed level then reclaim from all zones. This is
3158                  * not specific to highmem as highmem may not exist but it is
3159                  * it is expected that buffer_heads are stripped in writeback.
3160                  */
3161                 if (buffer_heads_over_limit) {
3162                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3163                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3164                                 if (!populated_zone(zone))
3165                                         continue;
3166
3167                                 classzone_idx = i;
3168                                 break;
3169                         }
3170                 }
3171
3172                 /*
3173                  * Only reclaim if there are no eligible zones. Check from
3174                  * high to low zone as allocations prefer higher zones.
3175                  * Scanning from low to high zone would allow congestion to be
3176                  * cleared during a very small window when a small low
3177                  * zone was balanced even under extreme pressure when the
3178                  * overall node may be congested.
3179                  */
3180                 for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3181                         zone = pgdat->node_zones + i;
3182                         if (!populated_zone(zone))
3183                                 continue;
3184
3185                         if (zone_balanced(zone, sc.order, classzone_idx))
3186                                 goto out;
3187                 }
3188
3189                 /*
3190                  * Do some background aging of the anon list, to give
3191                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3192                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3193                  * about consistent aging.
3194                  */
3195                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3196
3197                 /*
3198                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3199                  * even in laptop mode.
3200                  */
3201                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2 || !pgdat_reclaimable(pgdat))
3202                         sc.may_writepage = 1;
3203
3204                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3205                 sc.nr_scanned = 0;
3206                 nr_soft_scanned = 0;
3207                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3208                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3209                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3210
3211                 /*
3212                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3213                  * enough pages are already being scanned that that high
3214                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3215                  */
3216                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, classzone_idx, &sc))
3217                         raise_priority = false;
3218
3219                 /*
3220                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3221                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3222                  * able to safely make forward progress. Wake them
3223                  */
3224                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3225                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3226                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3227
3228                 /* Check if kswapd should be suspending */
3229                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3230                         break;
3231
3232                 /*
3233                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3234                  * progress in reclaiming pages
3235                  */
3236                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3237                         sc.priority--;
3238         } while (sc.priority >= 1);
3239
3240 out:
3241         /*
3242          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3243          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3244          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3245          * remain at the higher level.
3246          */
3247         return sc.order;
3248 }
3249
3250 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3251                                 unsigned int classzone_idx)
3252 {
3253         long remaining = 0;
3254         DEFINE_WAIT(wait);
3255
3256         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3257                 return;
3258
3259         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3260
3261         /* Try to sleep for a short interval */
3262         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, remaining, classzone_idx)) {
3263                 /*
3264                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3265                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3266                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3267                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3268                  */
3269                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3270
3271                 /*
3272                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3273                  * allocation of the requested order possible.
3274                  */
3275                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3276
3277                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3278
3279                 /*
3280                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3281                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3282                  * the previous request that slept prematurely.
3283                  */
3284                 if (remaining) {
3285                         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3286                         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3287                 }
3288
3289                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3290                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3291         }
3292
3293         /*
3294          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3295          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3296          */
3297         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, remaining, classzone_idx)) {
3298                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3299
3300                 /*
3301                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3302                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3303                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3304                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3305                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3306                  * them before going back to sleep.
3307                  */
3308                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3309
3310                 if (!kthread_should_stop())
3311                         schedule();
3312
3313                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3314         } else {
3315                 if (remaining)
3316                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3317                 else
3318                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3319         }
3320         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3321 }
3322
3323 /*
3324  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3325  * from the init process.
3326  *
3327  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3328  * free memory available even if there is no other activity
3329  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3330  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3331  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3332  *
3333  * If there are applications that are active memory-allocators
3334  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3335  */
3336 static int kswapd(void *p)
3337 {
3338         unsigned int alloc_order, reclaim_order, classzone_idx;
3339         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3340         struct task_struct *tsk = current;
3341
3342         struct reclaim_state reclaim_state = {
3343                 .reclaimed_slab = 0,
3344         };
3345         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3346
3347         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3348
3349         if (!cpumask_empty(cpumask))
3350                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3351         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3352
3353         /*
3354          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3355          * and that if we need more memory we should get access to it
3356          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3357          * never get caught in the normal page freeing logic.
3358          *
3359          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3360          * you need a small amount of memory in order to be able to
3361          * page out something else, and this flag essentially protects
3362          * us from recursively trying to free more memory as we're
3363          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3364          */
3365         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3366         set_freezable();
3367
3368         pgdat->kswapd_order = alloc_order = reclaim_order = 0;
3369         pgdat->kswapd_classzone_idx = classzone_idx = 0;
3370         for ( ; ; ) {
3371                 bool ret;
3372
3373 kswapd_try_sleep:
3374                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3375                                         classzone_idx);
3376
3377                 /* Read the new order and classzone_idx */
3378                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3379                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3380                 pgdat->kswapd_order = 0;
3381                 pgdat->kswapd_classzone_idx = 0;
3382
3383                 ret = try_to_freeze();
3384                 if (kthread_should_stop())
3385                         break;
3386
3387                 /*
3388                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3389                  * after returning from the refrigerator
3390                  */
3391                 if (ret)
3392                         continue;
3393
3394                 /*
3395                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3396                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3397                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3398                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3399                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3400                  * request (alloc_order).
3401                  */
3402                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, alloc_order);
3403                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3404                 if (reclaim_order < alloc_order)
3405                         goto kswapd_try_sleep;
3406
3407                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3408                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3409         }
3410
3411         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3412         current->reclaim_state = NULL;
3413         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3414
3415         return 0;
3416 }
3417
3418 /*
3419  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3420  */
3421 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3422 {
3423         pg_data_t *pgdat;
3424         int z;
3425
3426         if (!populated_zone(zone))
3427                 return;
3428
3429         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3430                 return;
3431         pgdat = zone->zone_pgdat;
3432         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3433         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, order);
3434         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3435                 return;
3436
3437         /* Only wake kswapd if all zones are unbalanced */
3438         for (z = 0; z <= classzone_idx; z++) {
3439                 zone = pgdat->node_zones + z;
3440                 if (!populated_zone(zone))
3441                         continue;
3442
3443                 if (zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3444                         return;
3445         }
3446
3447         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3448         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3449 }
3450
3451 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3452 /*
3453  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3454  * freed pages.
3455  *
3456  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3457  * LRU order by reclaiming preferentially
3458  * inactive > active > active referenced > active mapped
3459  */
3460 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3461 {
3462         struct reclaim_state reclaim_state;
3463         struct scan_control sc = {
3464                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3465                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3466                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3467                 .priority = DEF_PRIORITY,
3468                 .may_writepage = 1,
3469                 .may_unmap = 1,
3470                 .may_swap = 1,
3471                 .hibernation_mode = 1,
3472         };
3473         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3474         struct task_struct *p = current;
3475         unsigned long nr_reclaimed;
3476
3477         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3478         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3479         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3480         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3481
3482         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3483
3484         p->reclaim_state = NULL;
3485         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3486         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3487
3488         return nr_reclaimed;
3489 }
3490 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3491
3492 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3493    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3494    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3495    restore their cpu bindings. */
3496 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3497                         void *hcpu)
3498 {
3499         int nid;
3500
3501         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3502                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3503                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3504                         const struct cpumask *mask;
3505
3506                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3507
3508                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3509                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3510                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3511                 }
3512         }
3513         return NOTIFY_OK;
3514 }
3515
3516 /*
3517  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3518  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3519  */
3520 int kswapd_run(int nid)
3521 {
3522         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3523         int ret = 0;
3524
3525         if (pgdat->kswapd)
3526                 return 0;
3527
3528         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3529         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3530                 /* failure at boot is fatal */
3531                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3532                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3533                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3534                 pgdat->kswapd = NULL;
3535         }
3536         return ret;
3537 }
3538
3539 /*
3540  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3541  * hold mem_hotplug_begin/end().
3542  */
3543 void kswapd_stop(int nid)
3544 {
3545         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3546
3547         if (kswapd) {
3548                 kthread_stop(kswapd);
3549                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3550         }
3551 }
3552
3553 static int __init kswapd_init(void)
3554 {
3555         int nid;
3556
3557         swap_setup();
3558         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3559                 kswapd_run(nid);
3560         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3561         return 0;
3562 }
3563
3564 module_init(kswapd_init)
3565
3566 #ifdef CONFIG_NUMA
3567 /*
3568  * Node reclaim mode
3569  *
3570  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
3571  * the watermarks.
3572  */
3573 int node_reclaim_mode __read_mostly;
3574
3575 #define RECLAIM_OFF 0
3576 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3577 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3578 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3579
3580 /*
3581  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3582  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3583  * a zone.
3584  */
3585 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
3586
3587 /*
3588  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
3589  * occur.
3590  */
3591 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3592
3593 /*
3594  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3595  * slab reclaim needs to occur.
3596  */
3597 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3598
3599 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
3600 {
3601         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
3602         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
3603                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
3604
3605         /*
3606          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3607          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3608          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3609          */
3610         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3611 }
3612
3613 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3614 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
3615 {
3616         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3617         unsigned long delta = 0;
3618
3619         /*
3620          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3621          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3622          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
3623          * a better estimate
3624          */
3625         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3626                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
3627         else
3628                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
3629
3630         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3631         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3632                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
3633
3634         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3635         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3636                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3637
3638         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3639 }
3640
3641 /*
3642  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
3643  */
3644 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3645 {
3646         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3647         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3648         struct task_struct *p = current;
3649         struct reclaim_state reclaim_state;
3650         int classzone_idx = gfp_zone(gfp_mask);
3651         struct scan_control sc = {
3652                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3653                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3654                 .order = order,
3655                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
3656                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3657                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3658                 .may_swap = 1,
3659                 .reclaim_idx = classzone_idx,
3660         };
3661
3662         cond_resched();
3663         /*
3664          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3665          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3666          * and RECLAIM_UNMAP.
3667          */
3668         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3669         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3670         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3671         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3672
3673         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
3674                 /*
3675                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3676                  * priorities until we have enough memory freed.
3677                  */
3678                 do {
3679                         shrink_node(pgdat, &sc, classzone_idx);
3680                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3681         }
3682
3683         p->reclaim_state = NULL;
3684         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3685         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3686         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3687 }
3688
3689 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3690 {
3691         int ret;
3692
3693         /*
3694          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3695          * slab pages if we are over the defined limits.
3696          *
3697          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3698          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3699          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
3700          * if less than a specified percentage of the node is used by
3701          * unmapped file backed pages.
3702          */
3703         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
3704             sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
3705                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3706
3707         if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
3708                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3709
3710         /*
3711          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3712          */
3713         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3714                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3715
3716         /*
3717          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
3718          * have associated processors. This will favor the local processor
3719          * over remote processors and spread off node memory allocations
3720          * as wide as possible.
3721          */
3722         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
3723                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3724
3725         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
3726                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3727
3728         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
3729         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
3730
3731         if (!ret)
3732                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3733
3734         return ret;
3735 }
3736 #endif
3737
3738 /*
3739  * page_evictable - test whether a page is evictable
3740  * @page: the page to test
3741  *
3742  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3743  * lists vs unevictable list.
3744  *
3745  * Reasons page might not be evictable:
3746  * (1) page's mapping marked unevictable
3747  * (2) page is part of an mlocked VMA
3748  *
3749  */
3750 int page_evictable(struct page *page)
3751 {
3752         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3753 }
3754
3755 #ifdef CONFIG_SHMEM
3756 /**
3757  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3758  * @pages:      array of pages to check
3759  * @nr_pages:   number of pages to check
3760  *
3761  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3762  *
3763  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3764  */
3765 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3766 {
3767         struct lruvec *lruvec;
3768         struct zone *zone = NULL;
3769         int pgscanned = 0;
3770         int pgrescued = 0;
3771         int i;
3772
3773         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3774                 struct page *page = pages[i];
3775                 struct zone *pagezone;
3776
3777                 pgscanned++;
3778                 pagezone = page_zone(page);
3779                 if (pagezone != zone) {
3780                         if (zone)
3781                                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
3782                         zone = pagezone;
3783                         spin_lock_irq(zone_lru_lock(zone));
3784                 }
3785                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone->zone_pgdat);
3786
3787                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3788                         continue;
3789
3790                 if (page_evictable(page)) {
3791                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3792
3793                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3794                         ClearPageUnevictable(page);
3795                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3796                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3797                         pgrescued++;
3798                 }
3799         }
3800
3801         if (zone) {
3802                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3803                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3804                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
3805         }
3806 }
3807 #endif /* CONFIG_SHMEM */