OSDN Git Service

22aec2bcfeec6ac305da6d7f28f59acc5ef08191
[uclinux-h8/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 unsigned long pgdat_reclaimable_pages(struct pglist_data *pgdat)
198 {
199         unsigned long nr;
200
201         nr = node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
202              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
203              node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
204
205         if (get_nr_swap_pages() > 0)
206                 nr += node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ACTIVE_ANON) +
207                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_INACTIVE_ANON) +
208                       node_page_state_snapshot(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
209
210         return nr;
211 }
212
213 bool pgdat_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
214 {
215         return node_page_state_snapshot(pgdat, NR_PAGES_SCANNED) <
216                 pgdat_reclaimable_pages(pgdat) * 6;
217 }
218
219 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
220 {
221         if (!mem_cgroup_disabled())
222                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
223
224         return node_page_state(lruvec_pgdat(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
225 }
226
227 /*
228  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
229  */
230 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
231 {
232         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
233
234         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
235                 size *= nr_node_ids;
236
237         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
238         if (!shrinker->nr_deferred)
239                 return -ENOMEM;
240
241         down_write(&shrinker_rwsem);
242         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
243         up_write(&shrinker_rwsem);
244         return 0;
245 }
246 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
247
248 /*
249  * Remove one
250  */
251 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
252 {
253         down_write(&shrinker_rwsem);
254         list_del(&shrinker->list);
255         up_write(&shrinker_rwsem);
256         kfree(shrinker->nr_deferred);
257 }
258 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
259
260 #define SHRINK_BATCH 128
261
262 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
263                                     struct shrinker *shrinker,
264                                     unsigned long nr_scanned,
265                                     unsigned long nr_eligible)
266 {
267         unsigned long freed = 0;
268         unsigned long long delta;
269         long total_scan;
270         long freeable;
271         long nr;
272         long new_nr;
273         int nid = shrinkctl->nid;
274         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
275                                           : SHRINK_BATCH;
276
277         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
278         if (freeable == 0)
279                 return 0;
280
281         /*
282          * copy the current shrinker scan count into a local variable
283          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
284          * don't also do this scanning work.
285          */
286         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
287
288         total_scan = nr;
289         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
290         delta *= freeable;
291         do_div(delta, nr_eligible + 1);
292         total_scan += delta;
293         if (total_scan < 0) {
294                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
295                        shrinker->scan_objects, total_scan);
296                 total_scan = freeable;
297         }
298
299         /*
300          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
301          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
302          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
303          * nr being built up so when a shrink that can do some work
304          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
305          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
306          * memory.
307          *
308          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
309          * a large delta change is calculated directly.
310          */
311         if (delta < freeable / 4)
312                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
313
314         /*
315          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
316          * never try to free more than twice the estimate number of
317          * freeable entries.
318          */
319         if (total_scan > freeable * 2)
320                 total_scan = freeable * 2;
321
322         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
323                                    nr_scanned, nr_eligible,
324                                    freeable, delta, total_scan);
325
326         /*
327          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
328          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
329          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
330          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
331          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
332          * objects spread over several slabs with usage less than the
333          * batch_size.
334          *
335          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
336          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
337          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
338          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
339          * possible.
340          */
341         while (total_scan >= batch_size ||
342                total_scan >= freeable) {
343                 unsigned long ret;
344                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
345
346                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
347                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
348                 if (ret == SHRINK_STOP)
349                         break;
350                 freed += ret;
351
352                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
353                 total_scan -= nr_to_scan;
354
355                 cond_resched();
356         }
357
358         /*
359          * move the unused scan count back into the shrinker in a
360          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
361          * scan, there is no need to do an update.
362          */
363         if (total_scan > 0)
364                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
365                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
366         else
367                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
368
369         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
370         return freed;
371 }
372
373 /**
374  * shrink_slab - shrink slab caches
375  * @gfp_mask: allocation context
376  * @nid: node whose slab caches to target
377  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
378  * @nr_scanned: pressure numerator
379  * @nr_eligible: pressure denominator
380  *
381  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
382  *
383  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
384  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
385  *
386  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
387  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
388  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
389  * shrinkers are called.
390  *
391  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
392  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
393  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
394  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
395  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
396  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
397  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
398  *
399  * Returns the number of reclaimed slab objects.
400  */
401 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
402                                  struct mem_cgroup *memcg,
403                                  unsigned long nr_scanned,
404                                  unsigned long nr_eligible)
405 {
406         struct shrinker *shrinker;
407         unsigned long freed = 0;
408
409         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
410                 return 0;
411
412         if (nr_scanned == 0)
413                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
414
415         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
416                 /*
417                  * If we would return 0, our callers would understand that we
418                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
419                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
420                  * time.
421                  */
422                 freed = 1;
423                 goto out;
424         }
425
426         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
427                 struct shrink_control sc = {
428                         .gfp_mask = gfp_mask,
429                         .nid = nid,
430                         .memcg = memcg,
431                 };
432
433                 /*
434                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
435                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
436                  * passing NULL for memcg.
437                  */
438                 if (memcg_kmem_enabled() &&
439                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
440                         continue;
441
442                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
443                         sc.nid = 0;
444
445                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
446         }
447
448         up_read(&shrinker_rwsem);
449 out:
450         cond_resched();
451         return freed;
452 }
453
454 void drop_slab_node(int nid)
455 {
456         unsigned long freed;
457
458         do {
459                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
460
461                 freed = 0;
462                 do {
463                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
464                                              1000, 1000);
465                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
466         } while (freed > 10);
467 }
468
469 void drop_slab(void)
470 {
471         int nid;
472
473         for_each_online_node(nid)
474                 drop_slab_node(nid);
475 }
476
477 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
478 {
479         /*
480          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
481          * that isolated the page, the page cache radix tree and
482          * optional buffer heads at page->private.
483          */
484         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
485 }
486
487 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
488 {
489         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
490                 return 1;
491         if (!inode_write_congested(inode))
492                 return 1;
493         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
494                 return 1;
495         return 0;
496 }
497
498 /*
499  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
500  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
501  * fsync(), msync() or close().
502  *
503  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
504  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
505  * that page is locked, the mapping is pinned.
506  *
507  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
508  * __GFP_FS.
509  */
510 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
511                                 struct page *page, int error)
512 {
513         lock_page(page);
514         if (page_mapping(page) == mapping)
515                 mapping_set_error(mapping, error);
516         unlock_page(page);
517 }
518
519 /* possible outcome of pageout() */
520 typedef enum {
521         /* failed to write page out, page is locked */
522         PAGE_KEEP,
523         /* move page to the active list, page is locked */
524         PAGE_ACTIVATE,
525         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
526         PAGE_SUCCESS,
527         /* page is clean and locked */
528         PAGE_CLEAN,
529 } pageout_t;
530
531 /*
532  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
533  * Calls ->writepage().
534  */
535 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
536                          struct scan_control *sc)
537 {
538         /*
539          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
540          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
541          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
542          * stalls if we need to run get_block().  We could test
543          * PagePrivate for that.
544          *
545          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
546          * this page's queue, we can perform writeback even if that
547          * will block.
548          *
549          * If the page is swapcache, write it back even if that would
550          * block, for some throttling. This happens by accident, because
551          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
552          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
553          */
554         if (!is_page_cache_freeable(page))
555                 return PAGE_KEEP;
556         if (!mapping) {
557                 /*
558                  * Some data journaling orphaned pages can have
559                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
560                  */
561                 if (page_has_private(page)) {
562                         if (try_to_free_buffers(page)) {
563                                 ClearPageDirty(page);
564                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
565                                 return PAGE_CLEAN;
566                         }
567                 }
568                 return PAGE_KEEP;
569         }
570         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
571                 return PAGE_ACTIVATE;
572         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
573                 return PAGE_KEEP;
574
575         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
576                 int res;
577                 struct writeback_control wbc = {
578                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
579                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
580                         .range_start = 0,
581                         .range_end = LLONG_MAX,
582                         .for_reclaim = 1,
583                 };
584
585                 SetPageReclaim(page);
586                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
587                 if (res < 0)
588                         handle_write_error(mapping, page, res);
589                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
590                         ClearPageReclaim(page);
591                         return PAGE_ACTIVATE;
592                 }
593
594                 if (!PageWriteback(page)) {
595                         /* synchronous write or broken a_ops? */
596                         ClearPageReclaim(page);
597                 }
598                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
599                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
600                 return PAGE_SUCCESS;
601         }
602
603         return PAGE_CLEAN;
604 }
605
606 /*
607  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
608  * gets returned with a refcount of 0.
609  */
610 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
611                             bool reclaimed)
612 {
613         unsigned long flags;
614
615         BUG_ON(!PageLocked(page));
616         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
617
618         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
619         /*
620          * The non racy check for a busy page.
621          *
622          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
623          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
624          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
625          * here, then the following race may occur:
626          *
627          * get_user_pages(&page);
628          * [user mapping goes away]
629          * write_to(page);
630          *                              !PageDirty(page)    [good]
631          * SetPageDirty(page);
632          * put_page(page);
633          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
634          *
635          * [oops, our write_to data is lost]
636          *
637          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
638          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
639          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
640          *
641          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
642          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
643          */
644         if (!page_ref_freeze(page, 2))
645                 goto cannot_free;
646         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
647         if (unlikely(PageDirty(page))) {
648                 page_ref_unfreeze(page, 2);
649                 goto cannot_free;
650         }
651
652         if (PageSwapCache(page)) {
653                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
654                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
655                 __delete_from_swap_cache(page);
656                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
657                 swapcache_free(swap);
658         } else {
659                 void (*freepage)(struct page *);
660                 void *shadow = NULL;
661
662                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
663                 /*
664                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
665                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
666                  *
667                  * But don't store shadows in an address space that is
668                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
669                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
670                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
671                  * back.
672                  *
673                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
674                  * only page cache pages found in these are zero pages
675                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
676                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
677                  * same page_tree.
678                  */
679                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
680                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
681                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
682                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
683                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
684
685                 if (freepage != NULL)
686                         freepage(page);
687         }
688
689         return 1;
690
691 cannot_free:
692         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
693         return 0;
694 }
695
696 /*
697  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
698  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
699  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
700  * this page.
701  */
702 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
703 {
704         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
705                 /*
706                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
707                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
708                  * atomic operation.
709                  */
710                 page_ref_unfreeze(page, 1);
711                 return 1;
712         }
713         return 0;
714 }
715
716 /**
717  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
718  * @page: page to be put back to appropriate lru list
719  *
720  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
721  * Page may still be unevictable for other reasons.
722  *
723  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
724  */
725 void putback_lru_page(struct page *page)
726 {
727         bool is_unevictable;
728         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
729
730         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
731
732 redo:
733         ClearPageUnevictable(page);
734
735         if (page_evictable(page)) {
736                 /*
737                  * For evictable pages, we can use the cache.
738                  * In event of a race, worst case is we end up with an
739                  * unevictable page on [in]active list.
740                  * We know how to handle that.
741                  */
742                 is_unevictable = false;
743                 lru_cache_add(page);
744         } else {
745                 /*
746                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
747                  * list.
748                  */
749                 is_unevictable = true;
750                 add_page_to_unevictable_list(page);
751                 /*
752                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
753                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
754                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
755                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
756                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
757                  * the page back to the evictable list.
758                  *
759                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
760                  */
761                 smp_mb();
762         }
763
764         /*
765          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
766          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
767          * check after we added it to the list, again.
768          */
769         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
770                 if (!isolate_lru_page(page)) {
771                         put_page(page);
772                         goto redo;
773                 }
774                 /* This means someone else dropped this page from LRU
775                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
776                  * nothing to do here.
777                  */
778         }
779
780         if (was_unevictable && !is_unevictable)
781                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
782         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
783                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
784
785         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
786 }
787
788 enum page_references {
789         PAGEREF_RECLAIM,
790         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
791         PAGEREF_KEEP,
792         PAGEREF_ACTIVATE,
793 };
794
795 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
796                                                   struct scan_control *sc)
797 {
798         int referenced_ptes, referenced_page;
799         unsigned long vm_flags;
800
801         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
802                                           &vm_flags);
803         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
804
805         /*
806          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
807          * move the page to the unevictable list.
808          */
809         if (vm_flags & VM_LOCKED)
810                 return PAGEREF_RECLAIM;
811
812         if (referenced_ptes) {
813                 if (PageSwapBacked(page))
814                         return PAGEREF_ACTIVATE;
815                 /*
816                  * All mapped pages start out with page table
817                  * references from the instantiating fault, so we need
818                  * to look twice if a mapped file page is used more
819                  * than once.
820                  *
821                  * Mark it and spare it for another trip around the
822                  * inactive list.  Another page table reference will
823                  * lead to its activation.
824                  *
825                  * Note: the mark is set for activated pages as well
826                  * so that recently deactivated but used pages are
827                  * quickly recovered.
828                  */
829                 SetPageReferenced(page);
830
831                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
832                         return PAGEREF_ACTIVATE;
833
834                 /*
835                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
836                  */
837                 if (vm_flags & VM_EXEC)
838                         return PAGEREF_ACTIVATE;
839
840                 return PAGEREF_KEEP;
841         }
842
843         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
844         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
845                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
846
847         return PAGEREF_RECLAIM;
848 }
849
850 /* Check if a page is dirty or under writeback */
851 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
852                                        bool *dirty, bool *writeback)
853 {
854         struct address_space *mapping;
855
856         /*
857          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
858          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
859          */
860         if (!page_is_file_cache(page)) {
861                 *dirty = false;
862                 *writeback = false;
863                 return;
864         }
865
866         /* By default assume that the page flags are accurate */
867         *dirty = PageDirty(page);
868         *writeback = PageWriteback(page);
869
870         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
871         if (!page_has_private(page))
872                 return;
873
874         mapping = page_mapping(page);
875         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
876                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
877 }
878
879 /*
880  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
881  */
882 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
883                                       struct pglist_data *pgdat,
884                                       struct scan_control *sc,
885                                       enum ttu_flags ttu_flags,
886                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
887                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
888                                       unsigned long *ret_nr_congested,
889                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
890                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
891                                       bool force_reclaim)
892 {
893         LIST_HEAD(ret_pages);
894         LIST_HEAD(free_pages);
895         int pgactivate = 0;
896         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
897         unsigned long nr_dirty = 0;
898         unsigned long nr_congested = 0;
899         unsigned long nr_reclaimed = 0;
900         unsigned long nr_writeback = 0;
901         unsigned long nr_immediate = 0;
902
903         cond_resched();
904
905         while (!list_empty(page_list)) {
906                 struct address_space *mapping;
907                 struct page *page;
908                 int may_enter_fs;
909                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
910                 bool dirty, writeback;
911                 bool lazyfree = false;
912                 int ret = SWAP_SUCCESS;
913
914                 cond_resched();
915
916                 page = lru_to_page(page_list);
917                 list_del(&page->lru);
918
919                 if (!trylock_page(page))
920                         goto keep;
921
922                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
923
924                 sc->nr_scanned++;
925
926                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
927                         goto cull_mlocked;
928
929                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
930                         goto keep_locked;
931
932                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
933                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
934                         sc->nr_scanned++;
935
936                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
937                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
938
939                 /*
940                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
941                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
942                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
943                  * is all dirty unqueued pages.
944                  */
945                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
946                 if (dirty || writeback)
947                         nr_dirty++;
948
949                 if (dirty && !writeback)
950                         nr_unqueued_dirty++;
951
952                 /*
953                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
954                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
955                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
956                  * end of the LRU a second time.
957                  */
958                 mapping = page_mapping(page);
959                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
960                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
961                     (writeback && PageReclaim(page)))
962                         nr_congested++;
963
964                 /*
965                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
966                  * are three cases to consider.
967                  *
968                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
969                  *    under writeback and this page is both under writeback and
970                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
971                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
972                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
973                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
974                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
975                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
976                  *    caller can stall after page list has been processed.
977                  *
978                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
979                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
980                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
981                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
982                  *    reclaim and continue scanning.
983                  *
984                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
985                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
986                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
987                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
988                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
989                  *    would probably show more reasons.
990                  *
991                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
992                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
993                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
994                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
995                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
996                  */
997                 if (PageWriteback(page)) {
998                         /* Case 1 above */
999                         if (current_is_kswapd() &&
1000                             PageReclaim(page) &&
1001                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1002                                 nr_immediate++;
1003                                 goto keep_locked;
1004
1005                         /* Case 2 above */
1006                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1007                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1008                                 /*
1009                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1010                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1011                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1012                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1013                                  * enough to care.  What we do want is for this
1014                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1015                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1016                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1017                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1018                                  */
1019                                 SetPageReclaim(page);
1020                                 nr_writeback++;
1021                                 goto keep_locked;
1022
1023                         /* Case 3 above */
1024                         } else {
1025                                 unlock_page(page);
1026                                 wait_on_page_writeback(page);
1027                                 /* then go back and try same page again */
1028                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1029                                 continue;
1030                         }
1031                 }
1032
1033                 if (!force_reclaim)
1034                         references = page_check_references(page, sc);
1035
1036                 switch (references) {
1037                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1038                         goto activate_locked;
1039                 case PAGEREF_KEEP:
1040                         goto keep_locked;
1041                 case PAGEREF_RECLAIM:
1042                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1043                         ; /* try to reclaim the page below */
1044                 }
1045
1046                 /*
1047                  * Anonymous process memory has backing store?
1048                  * Try to allocate it some swap space here.
1049                  */
1050                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1051                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1052                                 goto keep_locked;
1053                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1054                                 goto activate_locked;
1055                         lazyfree = true;
1056                         may_enter_fs = 1;
1057
1058                         /* Adding to swap updated mapping */
1059                         mapping = page_mapping(page);
1060                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1061                         /* Split file THP */
1062                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1063                                 goto keep_locked;
1064                 }
1065
1066                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransHuge(page), page);
1067
1068                 /*
1069                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1070                  * processes. Try to unmap it here.
1071                  */
1072                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1073                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1074                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1075                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1076                         case SWAP_FAIL:
1077                                 goto activate_locked;
1078                         case SWAP_AGAIN:
1079                                 goto keep_locked;
1080                         case SWAP_MLOCK:
1081                                 goto cull_mlocked;
1082                         case SWAP_LZFREE:
1083                                 goto lazyfree;
1084                         case SWAP_SUCCESS:
1085                                 ; /* try to free the page below */
1086                         }
1087                 }
1088
1089                 if (PageDirty(page)) {
1090                         /*
1091                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1092                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1093                          * if many dirty pages have been encountered.
1094                          */
1095                         if (page_is_file_cache(page) &&
1096                                         (!current_is_kswapd() ||
1097                                          !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1098                                 /*
1099                                  * Immediately reclaim when written back.
1100                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1101                                  * except we already have the page isolated
1102                                  * and know it's dirty
1103                                  */
1104                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1105                                 SetPageReclaim(page);
1106
1107                                 goto keep_locked;
1108                         }
1109
1110                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1111                                 goto keep_locked;
1112                         if (!may_enter_fs)
1113                                 goto keep_locked;
1114                         if (!sc->may_writepage)
1115                                 goto keep_locked;
1116
1117                         /*
1118                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1119                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1120                          * starts and then write it out here.
1121                          */
1122                         try_to_unmap_flush_dirty();
1123                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1124                         case PAGE_KEEP:
1125                                 goto keep_locked;
1126                         case PAGE_ACTIVATE:
1127                                 goto activate_locked;
1128                         case PAGE_SUCCESS:
1129                                 if (PageWriteback(page))
1130                                         goto keep;
1131                                 if (PageDirty(page))
1132                                         goto keep;
1133
1134                                 /*
1135                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1136                                  * ahead and try to reclaim the page.
1137                                  */
1138                                 if (!trylock_page(page))
1139                                         goto keep;
1140                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1141                                         goto keep_locked;
1142                                 mapping = page_mapping(page);
1143                         case PAGE_CLEAN:
1144                                 ; /* try to free the page below */
1145                         }
1146                 }
1147
1148                 /*
1149                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1150                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1151                  * the page as well.
1152                  *
1153                  * We do this even if the page is PageDirty().
1154                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1155                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1156                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1157                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1158                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1159                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1160                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1161                  *
1162                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1163                  * the pages which were not successfully invalidated in
1164                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1165                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1166                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1167                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1168                  */
1169                 if (page_has_private(page)) {
1170                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1171                                 goto activate_locked;
1172                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1173                                 unlock_page(page);
1174                                 if (put_page_testzero(page))
1175                                         goto free_it;
1176                                 else {
1177                                         /*
1178                                          * rare race with speculative reference.
1179                                          * the speculative reference will free
1180                                          * this page shortly, so we may
1181                                          * increment nr_reclaimed here (and
1182                                          * leave it off the LRU).
1183                                          */
1184                                         nr_reclaimed++;
1185                                         continue;
1186                                 }
1187                         }
1188                 }
1189
1190 lazyfree:
1191                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1192                         goto keep_locked;
1193
1194                 /*
1195                  * At this point, we have no other references and there is
1196                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1197                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1198                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1199                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1200                  */
1201                 __ClearPageLocked(page);
1202 free_it:
1203                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1204                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1205
1206                 nr_reclaimed++;
1207
1208                 /*
1209                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1210                  * appear not as the counts should be low
1211                  */
1212                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1213                 continue;
1214
1215 cull_mlocked:
1216                 if (PageSwapCache(page))
1217                         try_to_free_swap(page);
1218                 unlock_page(page);
1219                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1220                 continue;
1221
1222 activate_locked:
1223                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1224                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1225                         try_to_free_swap(page);
1226                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1227                 SetPageActive(page);
1228                 pgactivate++;
1229 keep_locked:
1230                 unlock_page(page);
1231 keep:
1232                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1233                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1234         }
1235
1236         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1237         try_to_unmap_flush();
1238         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1239
1240         list_splice(&ret_pages, page_list);
1241         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1242
1243         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1244         *ret_nr_congested += nr_congested;
1245         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1246         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1247         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1248         return nr_reclaimed;
1249 }
1250
1251 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1252                                             struct list_head *page_list)
1253 {
1254         struct scan_control sc = {
1255                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1256                 .priority = DEF_PRIORITY,
1257                 .may_unmap = 1,
1258         };
1259         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1260         struct page *page, *next;
1261         LIST_HEAD(clean_pages);
1262
1263         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1264                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1265                     !__PageMovable(page)) {
1266                         ClearPageActive(page);
1267                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1268                 }
1269         }
1270
1271         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1272                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1273                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1274         list_splice(&clean_pages, page_list);
1275         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1276         return ret;
1277 }
1278
1279 /*
1280  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1281  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1282  * freed elsewhere are also ignored.
1283  *
1284  * page:        page to consider
1285  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1286  *
1287  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1288  */
1289 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1290 {
1291         int ret = -EINVAL;
1292
1293         /* Only take pages on the LRU. */
1294         if (!PageLRU(page))
1295                 return ret;
1296
1297         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1298         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1299                 return ret;
1300
1301         ret = -EBUSY;
1302
1303         /*
1304          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1305          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1306          * blocking - clean pages for the most part.
1307          *
1308          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1309          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1310          *
1311          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1312          * that it is possible to migrate without blocking
1313          */
1314         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1315                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1316                 if (PageWriteback(page))
1317                         return ret;
1318
1319                 if (PageDirty(page)) {
1320                         struct address_space *mapping;
1321
1322                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1323                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1324                                 return ret;
1325
1326                         /*
1327                          * Only pages without mappings or that have a
1328                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1329                          * without blocking
1330                          */
1331                         mapping = page_mapping(page);
1332                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1333                                 return ret;
1334                 }
1335         }
1336
1337         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1338                 return ret;
1339
1340         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1341                 /*
1342                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1343                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1344                  * page release code relies on it.
1345                  */
1346                 ClearPageLRU(page);
1347                 ret = 0;
1348         }
1349
1350         return ret;
1351 }
1352
1353
1354 /*
1355  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1356  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a santity check.
1357  */
1358 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1359                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken,
1360                         unsigned long nr_taken)
1361 {
1362 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1363         int zid;
1364
1365         /*
1366          * Highmem has separate accounting for highmem pages so each zone
1367          * is updated separately.
1368          */
1369         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1370                 if (!nr_zone_taken[zid])
1371                         continue;
1372
1373                 __update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1374         }
1375 #else
1376         /* Zone ID does not matter on !HIGHMEM */
1377         __update_lru_size(lruvec, lru, 0, -nr_taken);
1378 #endif
1379
1380 #ifdef CONFIG_MEMCG
1381         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_taken);
1382 #endif
1383 }
1384
1385 /*
1386  * zone_lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1387  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1388  * and working on them outside the LRU lock.
1389  *
1390  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1391  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1392  *
1393  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1394  *
1395  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1396  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1397  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1398  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1399  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1400  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1401  * @lru:        LRU list id for isolating
1402  *
1403  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1404  */
1405 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1406                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1407                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1408                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1409 {
1410         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1411         unsigned long nr_taken = 0;
1412         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1413         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1414         unsigned long scan, nr_pages;
1415         LIST_HEAD(pages_skipped);
1416
1417         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1418                                         !list_empty(src); scan++) {
1419                 struct page *page;
1420
1421                 page = lru_to_page(src);
1422                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1423
1424                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1425
1426                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1427                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1428                         nr_skipped[page_zonenum(page)]++;
1429                         continue;
1430                 }
1431
1432                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1433                 case 0:
1434                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1435                         nr_taken += nr_pages;
1436                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1437                         list_move(&page->lru, dst);
1438                         break;
1439
1440                 case -EBUSY:
1441                         /* else it is being freed elsewhere */
1442                         list_move(&page->lru, src);
1443                         continue;
1444
1445                 default:
1446                         BUG();
1447                 }
1448         }
1449
1450         /*
1451          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1452          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1453          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1454          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1455          * system at risk of premature OOM.
1456          */
1457         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1458                 int zid;
1459
1460                 list_splice(&pages_skipped, src);
1461                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1462                         if (!nr_skipped[zid])
1463                                 continue;
1464
1465                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1466                 }
1467         }
1468         *nr_scanned = scan;
1469         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan, scan,
1470                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1471         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken, nr_taken);
1472         return nr_taken;
1473 }
1474
1475 /**
1476  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1477  * @page: page to isolate from its LRU list
1478  *
1479  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1480  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1481  *
1482  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1483  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1484  *
1485  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1486  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1487  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1488  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1489  *
1490  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1491  * found will be decremented.
1492  *
1493  * Restrictions:
1494  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1495  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1496  *     without a stable reference).
1497  * (2) the lru_lock must not be held.
1498  * (3) interrupts must be enabled.
1499  */
1500 int isolate_lru_page(struct page *page)
1501 {
1502         int ret = -EBUSY;
1503
1504         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1505         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1506
1507         if (PageLRU(page)) {
1508                 struct zone *zone = page_zone(page);
1509                 struct lruvec *lruvec;
1510
1511                 spin_lock_irq(zone_lru_lock(zone));
1512                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone->zone_pgdat);
1513                 if (PageLRU(page)) {
1514                         int lru = page_lru(page);
1515                         get_page(page);
1516                         ClearPageLRU(page);
1517                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1518                         ret = 0;
1519                 }
1520                 spin_unlock_irq(zone_lru_lock(zone));
1521         }
1522         return ret;
1523 }
1524
1525 /*
1526  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1527  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1528  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1529  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1530  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1531  */
1532 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1533                 struct scan_control *sc)
1534 {
1535         unsigned long inactive, isolated;
1536
1537         if (current_is_kswapd())
1538                 return 0;
1539
1540         if (!sane_reclaim(sc))
1541                 return 0;
1542
1543         if (file) {
1544                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1545                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1546         } else {
1547                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1548                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1549         }
1550
1551         /*
1552          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1553          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1554          * deadlock.
1555          */
1556         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1557                 inactive >>= 3;
1558
1559         return isolated > inactive;
1560 }
1561
1562 static noinline_for_stack void
1563 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1564 {
1565         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1566         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1567         LIST_HEAD(pages_to_free);
1568
1569         /*
1570          * Put back any unfreeable pages.
1571          */
1572         while (!list_empty(page_list)) {
1573                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1574                 int lru;
1575
1576                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1577                 list_del(&page->lru);
1578                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1579                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1580                         putback_lru_page(page);
1581                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1582                         continue;
1583                 }
1584
1585                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1586
1587                 SetPageLRU(page);
1588                 lru = page_lru(page);
1589                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1590
1591                 if (is_active_lru(lru)) {
1592                         int file = is_file_lru(lru);
1593                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1594                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1595                 }
1596                 if (put_page_testzero(page)) {
1597                         __ClearPageLRU(page);
1598                         __ClearPageActive(page);
1599                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1600
1601                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1602                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1603                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1604                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1605                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1606                         } else
1607                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1608                 }
1609         }
1610
1611         /*
1612          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1613          */
1614         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1615 }
1616
1617 /*
1618  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1619  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1620  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1621  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1622  */
1623 static int current_may_throttle(void)
1624 {
1625         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1626                 current->backing_dev_info == NULL ||
1627                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1628 }
1629
1630 /*
1631  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1632  * of reclaimed pages
1633  */
1634 static noinline_for_stack unsigned long
1635 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1636                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1637 {
1638         LIST_HEAD(page_list);
1639         unsigned long nr_scanned;
1640         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1641         unsigned long nr_taken;
1642         unsigned long nr_dirty = 0;
1643         unsigned long nr_congested = 0;
1644         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1645         unsigned long nr_writeback = 0;
1646         unsigned long nr_immediate = 0;
1647         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1648         int file = is_file_lru(lru);
1649         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1650         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1651
1652         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1653                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1654
1655                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1656                 if (fatal_signal_pending(current))
1657                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1658         }
1659
1660         lru_add_drain();
1661
1662         if (!sc->may_unmap)
1663                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1664         if (!sc->may_writepage)
1665                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1666
1667         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1668
1669         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1670                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1671
1672         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1673         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1674
1675         if (global_reclaim(sc)) {
1676                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1677                 if (current_is_kswapd())
1678                         __count_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, nr_scanned);
1679                 else
1680                         __count_vm_events(PGSCAN_DIRECT, nr_scanned);
1681         }
1682         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1683
1684         if (nr_taken == 0)
1685                 return 0;
1686
1687         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, TTU_UNMAP,
1688                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1689                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1690                                 false);
1691
1692         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1693
1694         if (global_reclaim(sc)) {
1695                 if (current_is_kswapd())
1696                         __count_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, nr_reclaimed);
1697                 else
1698                         __count_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, nr_reclaimed);
1699         }
1700
1701         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1702
1703         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1704
1705         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1706
1707         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1708         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1709
1710         /*
1711          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1712          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1713          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1714          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1715          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1716          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1717          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1718          * same way balance_dirty_pages() manages.
1719          *
1720          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1721          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1722          * are encountered in the nr_immediate check below.
1723          */
1724         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1725                 set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
1726
1727         /*
1728          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1729          * stalling here.
1730          */
1731         if (sane_reclaim(sc)) {
1732                 /*
1733                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1734                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1735                  */
1736                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1737                         set_bit(PGDAT_CONGESTED, &pgdat->flags);
1738
1739                 /*
1740                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1741                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1742                  * the pgdat PGDAT_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1743                  * reclaim context.
1744                  */
1745                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1746                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
1747
1748                 /*
1749                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1750                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1751                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1752                  * they are written so also forcibly stall.
1753                  */
1754                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1755                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1756         }
1757
1758         /*
1759          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1760          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1761          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1762          */
1763         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1764             current_may_throttle())
1765                 wait_iff_congested(pgdat, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1766
1767         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1768                         nr_scanned, nr_reclaimed,
1769                         sc->priority, file);
1770         return nr_reclaimed;
1771 }
1772
1773 /*
1774  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1775  *
1776  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1777  * processes, from rmap.
1778  *
1779  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1780  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1781  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1782  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1783  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1784  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1785  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1786  *
1787  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1788  * But we had to alter page->flags anyway.
1789  */
1790
1791 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1792                                      struct list_head *list,
1793                                      struct list_head *pages_to_free,
1794                                      enum lru_list lru)
1795 {
1796         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1797         unsigned long pgmoved = 0;
1798         struct page *page;
1799         int nr_pages;
1800
1801         while (!list_empty(list)) {
1802                 page = lru_to_page(list);
1803                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1804
1805                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1806                 SetPageLRU(page);
1807
1808                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1809                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1810                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1811                 pgmoved += nr_pages;
1812
1813                 if (put_page_testzero(page)) {
1814                         __ClearPageLRU(page);
1815                         __ClearPageActive(page);
1816                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1817
1818                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1819                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1820                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1821                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1822                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1823                         } else
1824                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1825                 }
1826         }
1827
1828         if (!is_active_lru(lru))
1829                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1830 }
1831
1832 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1833                                struct lruvec *lruvec,
1834                                struct scan_control *sc,
1835                                enum lru_list lru)
1836 {
1837         unsigned long nr_taken;
1838         unsigned long nr_scanned;
1839         unsigned long vm_flags;
1840         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1841         LIST_HEAD(l_active);
1842         LIST_HEAD(l_inactive);
1843         struct page *page;
1844         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1845         unsigned long nr_rotated = 0;
1846         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1847         int file = is_file_lru(lru);
1848         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1849
1850         lru_add_drain();
1851
1852         if (!sc->may_unmap)
1853                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1854         if (!sc->may_writepage)
1855                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1856
1857         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1858
1859         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1860                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1861
1862         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1863         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1864
1865         if (global_reclaim(sc))
1866                 __mod_node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1867         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
1868
1869         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1870
1871         while (!list_empty(&l_hold)) {
1872                 cond_resched();
1873                 page = lru_to_page(&l_hold);
1874                 list_del(&page->lru);
1875
1876                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1877                         putback_lru_page(page);
1878                         continue;
1879                 }
1880
1881                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1882                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1883                                 if (page_has_private(page))
1884                                         try_to_release_page(page, 0);
1885                                 unlock_page(page);
1886                         }
1887                 }
1888
1889                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1890                                     &vm_flags)) {
1891                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1892                         /*
1893                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1894                          * give them one more trip around the active list. So
1895                          * that executable code get better chances to stay in
1896                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1897                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1898                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1899                          * so we ignore them here.
1900                          */
1901                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1902                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1903                                 continue;
1904                         }
1905                 }
1906
1907                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1908                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1909         }
1910
1911         /*
1912          * Move pages back to the lru list.
1913          */
1914         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1915         /*
1916          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1917          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1918          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1919          * get_scan_count.
1920          */
1921         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1922
1923         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1924         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1925         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1926         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1927
1928         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1929         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1930 }
1931
1932 /*
1933  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
1934  * to do too much work.
1935  *
1936  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
1937  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
1938  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
1939  *
1940  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
1941  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
1942  *
1943  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
1944  * on this LRU, maintained by the pageout code. A zone->inactive_ratio
1945  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
1946  *
1947  * total     target    max
1948  * memory    ratio     inactive
1949  * -------------------------------------
1950  *   10MB       1         5MB
1951  *  100MB       1        50MB
1952  *    1GB       3       250MB
1953  *   10GB      10       0.9GB
1954  *  100GB      31         3GB
1955  *    1TB     101        10GB
1956  *   10TB     320        32GB
1957  */
1958 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, bool file)
1959 {
1960         unsigned long inactive_ratio;
1961         unsigned long inactive;
1962         unsigned long active;
1963         unsigned long gb;
1964
1965         /*
1966          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1967          * is pointless.
1968          */
1969         if (!file && !total_swap_pages)
1970                 return false;
1971
1972         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE);
1973         active = lruvec_lru_size(lruvec, file * LRU_FILE + LRU_ACTIVE);
1974
1975         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
1976         if (gb)
1977                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
1978         else
1979                 inactive_ratio = 1;
1980
1981         return inactive * inactive_ratio < active;
1982 }
1983
1984 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1985                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1986 {
1987         if (is_active_lru(lru)) {
1988                 if (inactive_list_is_low(lruvec, is_file_lru(lru)))
1989                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1990                 return 0;
1991         }
1992
1993         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1994 }
1995
1996 enum scan_balance {
1997         SCAN_EQUAL,
1998         SCAN_FRACT,
1999         SCAN_ANON,
2000         SCAN_FILE,
2001 };
2002
2003 /*
2004  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2005  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2006  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2007  * onto the active list instead of evict.
2008  *
2009  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2010  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2011  */
2012 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
2013                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
2014                            unsigned long *lru_pages)
2015 {
2016         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2017         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2018         u64 fraction[2];
2019         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2020         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2021         unsigned long anon_prio, file_prio;
2022         enum scan_balance scan_balance;
2023         unsigned long anon, file;
2024         bool force_scan = false;
2025         unsigned long ap, fp;
2026         enum lru_list lru;
2027         bool some_scanned;
2028         int pass;
2029
2030         /*
2031          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
2032          * results in no scanning on this priority and a potential
2033          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
2034          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
2035          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
2036          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
2037          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
2038          * well.
2039          */
2040         if (current_is_kswapd()) {
2041                 if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
2042                         force_scan = true;
2043                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
2044                         force_scan = true;
2045         }
2046         if (!global_reclaim(sc))
2047                 force_scan = true;
2048
2049         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2050         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2051                 scan_balance = SCAN_FILE;
2052                 goto out;
2053         }
2054
2055         /*
2056          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2057          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2058          * disable swapping for individual groups completely when
2059          * using the memory controller's swap limit feature would be
2060          * too expensive.
2061          */
2062         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2063                 scan_balance = SCAN_FILE;
2064                 goto out;
2065         }
2066
2067         /*
2068          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2069          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2070          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2071          */
2072         if (!sc->priority && swappiness) {
2073                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2074                 goto out;
2075         }
2076
2077         /*
2078          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2079          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2080          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2081          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2082          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2083          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2084          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2085          */
2086         if (global_reclaim(sc)) {
2087                 unsigned long pgdatfile;
2088                 unsigned long pgdatfree;
2089                 int z;
2090                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2091
2092                 pgdatfree = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2093                 pgdatfile = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2094                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2095
2096                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2097                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2098                         if (!populated_zone(zone))
2099                                 continue;
2100
2101                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2102                 }
2103
2104                 if (unlikely(pgdatfile + pgdatfree <= total_high_wmark)) {
2105                         scan_balance = SCAN_ANON;
2106                         goto out;
2107                 }
2108         }
2109
2110         /*
2111          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2112          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2113          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2114          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2115          * Without the second condition we could end up never scanning an
2116          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2117          * system is under heavy pressure.
2118          */
2119         if (!inactive_list_is_low(lruvec, true) &&
2120             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2121                 scan_balance = SCAN_FILE;
2122                 goto out;
2123         }
2124
2125         scan_balance = SCAN_FRACT;
2126
2127         /*
2128          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2129          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2130          */
2131         anon_prio = swappiness;
2132         file_prio = 200 - anon_prio;
2133
2134         /*
2135          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2136          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2137          * ratios to determine how valuable each cache is.
2138          *
2139          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2140          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2141          * up weighing recent references more than old ones.
2142          *
2143          * anon in [0], file in [1]
2144          */
2145
2146         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2147                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2148         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2149                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2150
2151         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2152         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2153                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2154                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2155         }
2156
2157         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2158                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2159                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2160         }
2161
2162         /*
2163          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2164          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2165          * each list that were recently referenced and in active use.
2166          */
2167         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2168         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2169
2170         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2171         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2172         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2173
2174         fraction[0] = ap;
2175         fraction[1] = fp;
2176         denominator = ap + fp + 1;
2177 out:
2178         some_scanned = false;
2179         /* Only use force_scan on second pass. */
2180         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2181                 *lru_pages = 0;
2182                 for_each_evictable_lru(lru) {
2183                         int file = is_file_lru(lru);
2184                         unsigned long size;
2185                         unsigned long scan;
2186
2187                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2188                         scan = size >> sc->priority;
2189
2190                         if (!scan && pass && force_scan)
2191                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2192
2193                         switch (scan_balance) {
2194                         case SCAN_EQUAL:
2195                                 /* Scan lists relative to size */
2196                                 break;
2197                         case SCAN_FRACT:
2198                                 /*
2199                                  * Scan types proportional to swappiness and
2200                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2201                                  */
2202                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2203                                                         denominator);
2204                                 break;
2205                         case SCAN_FILE:
2206                         case SCAN_ANON:
2207                                 /* Scan one type exclusively */
2208                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2209                                         size = 0;
2210                                         scan = 0;
2211                                 }
2212                                 break;
2213                         default:
2214                                 /* Look ma, no brain */
2215                                 BUG();
2216                         }
2217
2218                         *lru_pages += size;
2219                         nr[lru] = scan;
2220
2221                         /*
2222                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2223                          * if we found something to scan.
2224                          */
2225                         some_scanned |= !!scan;
2226                 }
2227         }
2228 }
2229
2230 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2231 static void init_tlb_ubc(void)
2232 {
2233         /*
2234          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2235          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2236          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2237          * then will be cleared.
2238          */
2239         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2240 }
2241 #else
2242 static inline void init_tlb_ubc(void)
2243 {
2244 }
2245 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2246
2247 /*
2248  * This is a basic per-node page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2249  */
2250 static void shrink_node_memcg(struct pglist_data *pgdat, struct mem_cgroup *memcg,
2251                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2252 {
2253         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
2254         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2255         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2256         unsigned long nr_to_scan;
2257         enum lru_list lru;
2258         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2259         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2260         struct blk_plug plug;
2261         bool scan_adjusted;
2262
2263         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2264
2265         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2266         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2267
2268         /*
2269          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2270          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2271          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2272          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2273          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2274          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2275          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2276          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2277          * dropped to zero at the first pass.
2278          */
2279         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2280                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2281
2282         init_tlb_ubc();
2283
2284         blk_start_plug(&plug);
2285         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2286                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2287                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2288                 unsigned long nr_scanned;
2289
2290                 for_each_evictable_lru(lru) {
2291                         if (nr[lru]) {
2292                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2293                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2294
2295                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2296                                                             lruvec, sc);
2297                         }
2298                 }
2299
2300                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2301                         continue;
2302
2303                 /*
2304                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2305                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2306                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2307                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2308                  * proportional to the original scan target.
2309                  */
2310                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2311                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2312
2313                 /*
2314                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2315                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2316                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2317                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2318                  */
2319                 if (!nr_file || !nr_anon)
2320                         break;
2321
2322                 if (nr_file > nr_anon) {
2323                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2324                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2325                         lru = LRU_BASE;
2326                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2327                 } else {
2328                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2329                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2330                         lru = LRU_FILE;
2331                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2332                 }
2333
2334                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2335                 nr[lru] = 0;
2336                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2337
2338                 /*
2339                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2340                  * scan target and the percentage scanning already complete
2341                  */
2342                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2343                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2344                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2345                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2346
2347                 lru += LRU_ACTIVE;
2348                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2349                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2350                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2351
2352                 scan_adjusted = true;
2353         }
2354         blk_finish_plug(&plug);
2355         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2356
2357         /*
2358          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2359          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2360          */
2361         if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
2362                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2363                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2364
2365         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2366 }
2367
2368 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2369 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2370 {
2371         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2372                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2373                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2374                 return true;
2375
2376         return false;
2377 }
2378
2379 /*
2380  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2381  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2382  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2383  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2384  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2385  */
2386 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2387                                         unsigned long nr_reclaimed,
2388                                         unsigned long nr_scanned,
2389                                         struct scan_control *sc)
2390 {
2391         unsigned long pages_for_compaction;
2392         unsigned long inactive_lru_pages;
2393         int z;
2394
2395         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2396         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2397                 return false;
2398
2399         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2400         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2401                 /*
2402                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2403                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2404                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2405                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2406                  */
2407                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2408                         return false;
2409         } else {
2410                 /*
2411                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2412                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2413                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2414                  * pages that were scanned. This will return to the
2415                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2416                  * the resulting allocation attempt fails
2417                  */
2418                 if (!nr_reclaimed)
2419                         return false;
2420         }
2421
2422         /*
2423          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2424          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2425          */
2426         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2427         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2428         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2429                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2430         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2431                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2432                 return true;
2433
2434         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2435         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2436                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2437                 if (!populated_zone(zone))
2438                         continue;
2439
2440                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2441                 case COMPACT_PARTIAL:
2442                 case COMPACT_CONTINUE:
2443                         return false;
2444                 default:
2445                         /* check next zone */
2446                         ;
2447                 }
2448         }
2449         return true;
2450 }
2451
2452 static bool shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2453 {
2454         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2455         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2456         bool reclaimable = false;
2457
2458         do {
2459                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2460                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2461                         .pgdat = pgdat,
2462                         .priority = sc->priority,
2463                 };
2464                 unsigned long node_lru_pages = 0;
2465                 struct mem_cgroup *memcg;
2466
2467                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2468                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2469
2470                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2471                 do {
2472                         unsigned long lru_pages;
2473                         unsigned long reclaimed;
2474                         unsigned long scanned;
2475
2476                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2477                                 if (!sc->may_thrash)
2478                                         continue;
2479                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2480                         }
2481
2482                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2483                         scanned = sc->nr_scanned;
2484
2485                         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, sc, &lru_pages);
2486                         node_lru_pages += lru_pages;
2487
2488                         if (!global_reclaim(sc))
2489                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id,
2490                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2491                                             lru_pages);
2492
2493                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2494                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2495                                    sc->nr_scanned - scanned,
2496                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2497
2498                         /*
2499                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2500                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2501                          * node.
2502                          *
2503                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2504                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2505                          * retry with decreasing priority if one round over the
2506                          * whole hierarchy is not sufficient.
2507                          */
2508                         if (!global_reclaim(sc) &&
2509                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2510                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2511                                 break;
2512                         }
2513                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2514
2515                 /*
2516                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2517                  * the eligible LRU pages were scanned.
2518                  */
2519                 if (global_reclaim(sc))
2520                         shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, NULL,
2521                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2522                                     node_lru_pages);
2523
2524                 if (reclaim_state) {
2525                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2526                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2527                 }
2528
2529                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2530                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2531                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2532                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2533
2534                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2535                         reclaimable = true;
2536
2537         } while (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2538                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2539
2540         return reclaimable;
2541 }
2542
2543 /*
2544  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2545  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2546  */
2547 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2548 {
2549         unsigned long watermark;
2550         bool watermark_ok;
2551
2552         /*
2553          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2554          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2555          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2556          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2557          */
2558         watermark = high_wmark_pages(zone) + (2UL << sc->order);
2559         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2560
2561         /*
2562          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2563          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2564          */
2565         if (compaction_deferred(zone, sc->order))
2566                 return watermark_ok;
2567
2568         /*
2569          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2570          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2571          */
2572         if (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2573                 return false;
2574
2575         return watermark_ok;
2576 }
2577
2578 /*
2579  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2580  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2581  * request.
2582  *
2583  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2584  * scan then give up on it.
2585  */
2586 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2587 {
2588         struct zoneref *z;
2589         struct zone *zone;
2590         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2591         unsigned long nr_soft_scanned;
2592         gfp_t orig_mask;
2593         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2594
2595         /*
2596          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2597          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2598          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2599          */
2600         orig_mask = sc->gfp_mask;
2601         if (buffer_heads_over_limit) {
2602                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2603                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2604         }
2605
2606         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2607                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2608                 /*
2609                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2610                  * to global LRU.
2611                  */
2612                 if (global_reclaim(sc)) {
2613                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2614                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2615                                 continue;
2616
2617                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2618                             !pgdat_reclaimable(zone->zone_pgdat))
2619                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2620
2621                         /*
2622                          * If we already have plenty of memory free for
2623                          * compaction in this zone, don't free any more.
2624                          * Even though compaction is invoked for any
2625                          * non-zero order, only frequent costly order
2626                          * reclamation is disruptive enough to become a
2627                          * noticeable problem, like transparent huge
2628                          * page allocations.
2629                          */
2630                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2631                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2632                             compaction_ready(zone, sc)) {
2633                                 sc->compaction_ready = true;
2634                                 continue;
2635                         }
2636
2637                         /*
2638                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2639                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2640                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2641                          * the user prefers lower zones being preserved.
2642                          */
2643                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2644                                 continue;
2645
2646                         /*
2647                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2648                          * and returns the number of reclaimed pages and
2649                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2650                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2651                          */
2652                         nr_soft_scanned = 0;
2653                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2654                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2655                                                 &nr_soft_scanned);
2656                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2657                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2658                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2659                 }
2660
2661                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2662                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2663                         continue;
2664                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2665                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2666         }
2667
2668         /*
2669          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2670          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2671          */
2672         sc->gfp_mask = orig_mask;
2673 }
2674
2675 /*
2676  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2677  *
2678  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2679  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2680  *
2681  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2682  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2683  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2684  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2685  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2686  * work, and the allocation attempt will fail.
2687  *
2688  * returns:     0, if no pages reclaimed
2689  *              else, the number of pages reclaimed
2690  */
2691 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2692                                           struct scan_control *sc)
2693 {
2694         int initial_priority = sc->priority;
2695         unsigned long total_scanned = 0;
2696         unsigned long writeback_threshold;
2697 retry:
2698         delayacct_freepages_start();
2699
2700         if (global_reclaim(sc))
2701                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
2702
2703         do {
2704                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2705                                 sc->priority);
2706                 sc->nr_scanned = 0;
2707                 shrink_zones(zonelist, sc);
2708
2709                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2710                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2711                         break;
2712
2713                 if (sc->compaction_ready)
2714                         break;
2715
2716                 /*
2717                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2718                  * writepage even in laptop mode.
2719                  */
2720                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2721                         sc->may_writepage = 1;
2722
2723                 /*
2724                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2725                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2726                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2727                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2728                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2729                  */
2730                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2731                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2732                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2733                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2734                         sc->may_writepage = 1;
2735                 }
2736         } while (--sc->priority >= 0);
2737
2738         delayacct_freepages_end();
2739
2740         if (sc->nr_reclaimed)
2741                 return sc->nr_reclaimed;
2742
2743         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2744         if (sc->compaction_ready)
2745                 return 1;
2746
2747         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2748         if (!sc->may_thrash) {
2749                 sc->priority = initial_priority;
2750                 sc->may_thrash = 1;
2751                 goto retry;
2752         }
2753
2754         return 0;
2755 }
2756
2757 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2758 {
2759         struct zone *zone;
2760         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2761         unsigned long free_pages = 0;
2762         int i;
2763         bool wmark_ok;
2764
2765         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2766                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2767                 if (!populated_zone(zone) ||
2768                     pgdat_reclaimable_pages(pgdat) == 0)
2769                         continue;
2770
2771                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2772                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2773         }
2774
2775         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2776         if (!pfmemalloc_reserve)
2777                 return true;
2778
2779         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2780
2781         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2782         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2783                 pgdat->kswapd_classzone_idx = min(pgdat->kswapd_classzone_idx,
2784                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2785                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2786         }
2787
2788         return wmark_ok;
2789 }
2790
2791 /*
2792  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2793  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2794  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2795  * when the low watermark is reached.
2796  *
2797  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2798  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2799  */
2800 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2801                                         nodemask_t *nodemask)
2802 {
2803         struct zoneref *z;
2804         struct zone *zone;
2805         pg_data_t *pgdat = NULL;
2806
2807         /*
2808          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2809          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2810          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2811          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2812          * processes to block on log_wait_commit().
2813          */
2814         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2815                 goto out;
2816
2817         /*
2818          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2819          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2820          */
2821         if (fatal_signal_pending(current))
2822                 goto out;
2823
2824         /*
2825          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2826          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2827          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2828          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2829          *
2830          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2831          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2832          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2833          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2834          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2835          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2836          * should make reasonable progress.
2837          */
2838         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2839                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2840                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2841                         continue;
2842
2843                 /* Throttle based on the first usable node */
2844                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2845                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2846                         goto out;
2847                 break;
2848         }
2849
2850         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2851         if (!pgdat)
2852                 goto out;
2853
2854         /* Account for the throttling */
2855         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2856
2857         /*
2858          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2859          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2860          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2861          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2862          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2863          * second before continuing.
2864          */
2865         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2866                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2867                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2868
2869                 goto check_pending;
2870         }
2871
2872         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2873         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2874                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2875
2876 check_pending:
2877         if (fatal_signal_pending(current))
2878                 return true;
2879
2880 out:
2881         return false;
2882 }
2883
2884 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2885                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2886 {
2887         unsigned long nr_reclaimed;
2888         struct scan_control sc = {
2889                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2890                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2891                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
2892                 .order = order,
2893                 .nodemask = nodemask,
2894                 .priority = DEF_PRIORITY,
2895                 .may_writepage = !laptop_mode,
2896                 .may_unmap = 1,
2897                 .may_swap = 1,
2898         };
2899
2900         /*
2901          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2902          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2903          * point.
2904          */
2905         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2906                 return 1;
2907
2908         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2909                                 sc.may_writepage,
2910                                 gfp_mask,
2911                                 sc.reclaim_idx);
2912
2913         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2914
2915         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2916
2917         return nr_reclaimed;
2918 }
2919
2920 #ifdef CONFIG_MEMCG
2921
2922 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
2923                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2924                                                 pg_data_t *pgdat,
2925                                                 unsigned long *nr_scanned)
2926 {
2927         struct scan_control sc = {
2928                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2929                 .target_mem_cgroup = memcg,
2930                 .may_writepage = !laptop_mode,
2931                 .may_unmap = 1,
2932                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2933                 .may_swap = !noswap,
2934         };
2935         unsigned long lru_pages;
2936
2937         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2938                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2939
2940         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2941                                                       sc.may_writepage,
2942                                                       sc.gfp_mask,
2943                                                       sc.reclaim_idx);
2944
2945         /*
2946          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2947          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2948          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
2949          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2950          * the priority and make it zero.
2951          */
2952         shrink_node_memcg(pgdat, memcg, &sc, &lru_pages);
2953
2954         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2955
2956         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2957         return sc.nr_reclaimed;
2958 }
2959
2960 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2961                                            unsigned long nr_pages,
2962                                            gfp_t gfp_mask,
2963                                            bool may_swap)
2964 {
2965         struct zonelist *zonelist;
2966         unsigned long nr_reclaimed;
2967         int nid;
2968         struct scan_control sc = {
2969                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2970                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2971                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2972                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
2973                 .target_mem_cgroup = memcg,
2974                 .priority = DEF_PRIORITY,
2975                 .may_writepage = !laptop_mode,
2976                 .may_unmap = 1,
2977                 .may_swap = may_swap,
2978         };
2979
2980         /*
2981          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2982          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2983          * scan does not need to be the current node.
2984          */
2985         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2986
2987         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2988
2989         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2990                                             sc.may_writepage,
2991                                             sc.gfp_mask,
2992                                             sc.reclaim_idx);
2993
2994         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2995
2996         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2997
2998         return nr_reclaimed;
2999 }
3000 #endif
3001
3002 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3003                                 struct scan_control *sc)
3004 {
3005         struct mem_cgroup *memcg;
3006
3007         if (!total_swap_pages)
3008                 return;
3009
3010         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3011         do {
3012                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(pgdat, memcg);
3013
3014                 if (inactive_list_is_low(lruvec, false))
3015                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3016                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3017
3018                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3019         } while (memcg);
3020 }
3021
3022 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, int classzone_idx)
3023 {
3024         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone);
3025
3026         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3027                 return false;
3028
3029         /*
3030          * If any eligible zone is balanced then the node is not considered
3031          * to be congested or dirty
3032          */
3033         clear_bit(PGDAT_CONGESTED, &zone->zone_pgdat->flags);
3034         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &zone->zone_pgdat->flags);
3035
3036         return true;
3037 }
3038
3039 /*
3040  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3041  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3042  *
3043  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3044  */
3045 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3046 {
3047         int i;
3048
3049         /*
3050          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3051          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3052          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3053          * throttled. There is also a potential race if processes get
3054          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3055          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3056          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3057          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3058          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3059          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3060          * that here we are under prepare_to_wait().
3061          */
3062         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3063                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3064
3065         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3066                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3067
3068                 if (!populated_zone(zone))
3069                         continue;
3070
3071                 if (!zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3072                         return false;
3073         }
3074
3075         return true;
3076 }
3077
3078 /*
3079  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3080  * zone that is currently unbalanced.
3081  *
3082  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3083  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3084  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3085  */
3086 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3087                                struct scan_control *sc)
3088 {
3089         struct zone *zone;
3090         int z;
3091
3092         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3093         sc->nr_to_reclaim = 0;
3094         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3095                 zone = pgdat->node_zones + z;
3096                 if (!populated_zone(zone))
3097                         continue;
3098
3099                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3100         }
3101
3102         /*
3103          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3104          * now pressure is applied based on node LRU order.
3105          */
3106         shrink_node(pgdat, sc);
3107
3108         /*
3109          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3110          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3111          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3112          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3113          * can direct reclaim/compact.
3114          */
3115         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= 2UL << sc->order)
3116                 sc->order = 0;
3117
3118         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3119 }
3120
3121 /*
3122  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3123  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3124  * balanced.
3125  *
3126  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3127  *
3128  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3129  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3130  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page is that zone
3131  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3132  * balanced.
3133  */
3134 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3135 {
3136         int i;
3137         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3138         unsigned long nr_soft_scanned;
3139         struct zone *zone;
3140         struct scan_control sc = {
3141                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3142                 .order = order,
3143                 .priority = DEF_PRIORITY,
3144                 .may_writepage = !laptop_mode,
3145                 .may_unmap = 1,
3146                 .may_swap = 1,
3147         };
3148         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3149
3150         do {
3151                 bool raise_priority = true;
3152
3153                 sc.nr_reclaimed = 0;
3154                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3155
3156                 /*
3157                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3158                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3159                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3160                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3161                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3162                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3163                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3164                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3165                  */
3166                 if (buffer_heads_over_limit) {
3167                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3168                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3169                                 if (!populated_zone(zone))
3170                                         continue;
3171
3172                                 sc.reclaim_idx = i;
3173                                 break;
3174                         }
3175                 }
3176
3177                 /*
3178                  * Only reclaim if there are no eligible zones. Check from
3179                  * high to low zone as allocations prefer higher zones.
3180                  * Scanning from low to high zone would allow congestion to be
3181                  * cleared during a very small window when a small low
3182                  * zone was balanced even under extreme pressure when the
3183                  * overall node may be congested. Note that sc.reclaim_idx
3184                  * is not used as buffer_heads_over_limit may have adjusted
3185                  * it.
3186                  */
3187                 for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3188                         zone = pgdat->node_zones + i;
3189                         if (!populated_zone(zone))
3190                                 continue;
3191
3192                         if (zone_balanced(zone, sc.order, classzone_idx))
3193                                 goto out;
3194                 }
3195
3196                 /*
3197                  * Do some background aging of the anon list, to give
3198                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3199                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3200                  * about consistent aging.
3201                  */
3202                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3203
3204                 /*
3205                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3206                  * even in laptop mode.
3207                  */
3208                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2 || !pgdat_reclaimable(pgdat))
3209                         sc.may_writepage = 1;
3210
3211                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3212                 sc.nr_scanned = 0;
3213                 nr_soft_scanned = 0;
3214                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3215                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3216                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3217
3218                 /*
3219                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3220                  * enough pages are already being scanned that that high
3221                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3222                  */
3223                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3224                         raise_priority = false;
3225
3226                 /*
3227                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3228                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3229                  * able to safely make forward progress. Wake them
3230                  */
3231                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3232                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3233                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3234
3235                 /* Check if kswapd should be suspending */
3236                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3237                         break;
3238
3239                 /*
3240                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3241                  * progress in reclaiming pages
3242                  */
3243                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3244                         sc.priority--;
3245         } while (sc.priority >= 1);
3246
3247 out:
3248         /*
3249          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3250          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3251          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3252          * remain at the higher level.
3253          */
3254         return sc.order;
3255 }
3256
3257 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3258                                 unsigned int classzone_idx)
3259 {
3260         long remaining = 0;
3261         DEFINE_WAIT(wait);
3262
3263         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3264                 return;
3265
3266         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3267
3268         /* Try to sleep for a short interval */
3269         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3270                 /*
3271                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3272                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3273                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3274                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3275                  */
3276                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3277
3278                 /*
3279                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3280                  * allocation of the requested order possible.
3281                  */
3282                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3283
3284                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3285
3286                 /*
3287                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3288                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3289                  * the previous request that slept prematurely.
3290                  */
3291                 if (remaining) {
3292                         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3293                         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3294                 }
3295
3296                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3297                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3298         }
3299
3300         /*
3301          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3302          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3303          */
3304         if (!remaining &&
3305             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3306                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3307
3308                 /*
3309                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3310                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3311                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3312                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3313                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3314                  * them before going back to sleep.
3315                  */
3316                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3317
3318                 if (!kthread_should_stop())
3319                         schedule();
3320
3321                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3322         } else {
3323                 if (remaining)
3324                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3325                 else
3326                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3327         }
3328         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3329 }
3330
3331 /*
3332  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3333  * from the init process.
3334  *
3335  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3336  * free memory available even if there is no other activity
3337  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3338  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3339  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3340  *
3341  * If there are applications that are active memory-allocators
3342  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3343  */
3344 static int kswapd(void *p)
3345 {
3346         unsigned int alloc_order, reclaim_order, classzone_idx;
3347         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3348         struct task_struct *tsk = current;
3349
3350         struct reclaim_state reclaim_state = {
3351                 .reclaimed_slab = 0,
3352         };
3353         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3354
3355         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3356
3357         if (!cpumask_empty(cpumask))
3358                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3359         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3360
3361         /*
3362          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3363          * and that if we need more memory we should get access to it
3364          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3365          * never get caught in the normal page freeing logic.
3366          *
3367          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3368          * you need a small amount of memory in order to be able to
3369          * page out something else, and this flag essentially protects
3370          * us from recursively trying to free more memory as we're
3371          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3372          */
3373         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3374         set_freezable();
3375
3376         pgdat->kswapd_order = alloc_order = reclaim_order = 0;
3377         pgdat->kswapd_classzone_idx = classzone_idx = 0;
3378         for ( ; ; ) {
3379                 bool ret;
3380
3381 kswapd_try_sleep:
3382                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3383                                         classzone_idx);
3384
3385                 /* Read the new order and classzone_idx */
3386                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3387                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3388                 pgdat->kswapd_order = 0;
3389                 pgdat->kswapd_classzone_idx = 0;
3390
3391                 ret = try_to_freeze();
3392                 if (kthread_should_stop())
3393                         break;
3394
3395                 /*
3396                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3397                  * after returning from the refrigerator
3398                  */
3399                 if (ret)
3400                         continue;
3401
3402                 /*
3403                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3404                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3405                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3406                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3407                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3408                  * request (alloc_order).
3409                  */
3410                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3411                                                 alloc_order);
3412                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3413                 if (reclaim_order < alloc_order)
3414                         goto kswapd_try_sleep;
3415
3416                 alloc_order = reclaim_order = pgdat->kswapd_order;
3417                 classzone_idx = pgdat->kswapd_classzone_idx;
3418         }
3419
3420         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3421         current->reclaim_state = NULL;
3422         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3423
3424         return 0;
3425 }
3426
3427 /*
3428  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3429  */
3430 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3431 {
3432         pg_data_t *pgdat;
3433         int z;
3434
3435         if (!populated_zone(zone))
3436                 return;
3437
3438         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3439                 return;
3440         pgdat = zone->zone_pgdat;
3441         pgdat->kswapd_classzone_idx = max(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3442         pgdat->kswapd_order = max(pgdat->kswapd_order, order);
3443         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3444                 return;
3445
3446         /* Only wake kswapd if all zones are unbalanced */
3447         for (z = 0; z <= classzone_idx; z++) {
3448                 zone = pgdat->node_zones + z;
3449                 if (!populated_zone(zone))
3450                         continue;
3451
3452                 if (zone_balanced(zone, order, classzone_idx))
3453                         return;
3454         }
3455
3456         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3457         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3458 }
3459
3460 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3461 /*
3462  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3463  * freed pages.
3464  *
3465  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3466  * LRU order by reclaiming preferentially
3467  * inactive > active > active referenced > active mapped
3468  */
3469 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3470 {
3471         struct reclaim_state reclaim_state;
3472         struct scan_control sc = {
3473                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3474                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3475                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3476                 .priority = DEF_PRIORITY,
3477                 .may_writepage = 1,
3478                 .may_unmap = 1,
3479                 .may_swap = 1,
3480                 .hibernation_mode = 1,
3481         };
3482         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3483         struct task_struct *p = current;
3484         unsigned long nr_reclaimed;
3485
3486         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3487         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3488         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3489         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3490
3491         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3492
3493         p->reclaim_state = NULL;
3494         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3495         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3496
3497         return nr_reclaimed;
3498 }
3499 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3500
3501 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3502    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3503    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3504    restore their cpu bindings. */
3505 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3506                         void *hcpu)
3507 {
3508         int nid;
3509
3510         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3511                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3512                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3513                         const struct cpumask *mask;
3514
3515                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3516
3517                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3518                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3519                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3520                 }
3521         }
3522         return NOTIFY_OK;
3523 }
3524
3525 /*
3526  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3527  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3528  */
3529 int kswapd_run(int nid)
3530 {
3531         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3532         int ret = 0;
3533
3534         if (pgdat->kswapd)
3535                 return 0;
3536
3537         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3538         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3539                 /* failure at boot is fatal */
3540                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3541                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3542                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3543                 pgdat->kswapd = NULL;
3544         }
3545         return ret;
3546 }
3547
3548 /*
3549  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3550  * hold mem_hotplug_begin/end().
3551  */
3552 void kswapd_stop(int nid)
3553 {
3554         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3555
3556         if (kswapd) {
3557                 kthread_stop(kswapd);
3558                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3559         }
3560 }
3561
3562 static int __init kswapd_init(void)
3563 {
3564         int nid;
3565
3566         swap_setup();
3567         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3568                 kswapd_run(nid);
3569         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3570         return 0;
3571 }
3572
3573 module_init(kswapd_init)
3574
3575 #ifdef CONFIG_NUMA
3576 /*
3577  * Node reclaim mode
3578  *
3579  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
3580  * the watermarks.
3581  */
3582 int node_reclaim_mode __read_mostly;
3583
3584 #define RECLAIM_OFF 0
3585 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3586 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3587 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3588
3589 /*
3590  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3591  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3592  * a zone.
3593  */
3594 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
3595
3596 /*
3597  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
3598  * occur.
3599  */
3600 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3601
3602 /*
3603  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3604  * slab reclaim needs to occur.
3605  */
3606 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3607
3608 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
3609 {
3610         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
3611         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
3612                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
3613
3614         /*
3615          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3616          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3617          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3618          */
3619         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3620 }
3621
3622 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3623 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
3624 {
3625         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3626         unsigned long delta = 0;
3627
3628         /*
3629          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3630          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3631          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
3632          * a better estimate
3633          */
3634         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3635                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
3636         else
3637                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
3638
3639         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3640         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3641                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
3642
3643         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3644         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3645                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3646
3647         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3648 }
3649
3650 /*
3651  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
3652  */
3653 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3654 {
3655         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3656         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3657         struct task_struct *p = current;
3658         struct reclaim_state reclaim_state;
3659         int classzone_idx = gfp_zone(gfp_mask);
3660         struct scan_control sc = {
3661                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3662                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3663                 .order = order,
3664                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
3665                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3666                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3667                 .may_swap = 1,
3668                 .reclaim_idx = classzone_idx,
3669         };
3670
3671         cond_resched();
3672         /*
3673          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3674          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3675          * and RECLAIM_UNMAP.
3676          */
3677         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3678         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3679         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3680         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3681
3682         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
3683                 /*
3684                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3685                  * priorities until we have enough memory freed.
3686                  */
3687                 do {
3688                         shrink_node(pgdat, &sc);
3689                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3690         }
3691
3692         p->reclaim_state = NULL;
3693         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3694         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3695         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3696 }
3697
3698 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3699 {
3700         int ret;
3701
3702         /*
3703          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3704          * slab pages if we are over the defined limits.
3705          *
3706          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3707          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3708          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
3709          * if less than a specified percentage of the node is used by
3710          * unmapped file backed pages.
3711          */
3712         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
3713             sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
3714                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3715
3716         if (!pgdat_reclaimable(pgdat))
3717                 return NODE_RECLAIM_FULL;
3718
3719         /*
3720          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3721          */
3722         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3723                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3724
3725         /*
3726          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
3727          * have associated processors. This will favor the local processor
3728          * over remote processors and spread off node memory allocations
3729          * as wide as possible.
3730          */
3731         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
3732                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3733
3734         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
3735                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
3736
3737         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
3738         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
3739
3740         if (!ret)
3741                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3742
3743         return ret;
3744 }
3745 #endif
3746
3747 /*
3748  * page_evictable - test whether a page is evictable
3749  * @page: the page to test
3750  *
3751  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3752  * lists vs unevictable list.
3753  *
3754  * Reasons page might not be evictable:
3755  * (1) page's mapping marked unevictable
3756  * (2) page is part of an mlocked VMA
3757  *
3758  */
3759 int page_evictable(struct page *page)
3760 {
3761         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3762 }
3763
3764 #ifdef CONFIG_SHMEM
3765 /**
3766  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3767  * @pages:      array of pages to check
3768  * @nr_pages:   number of pages to check
3769  *
3770  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3771  *
3772  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3773  */
3774 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3775 {
3776         struct lruvec *lruvec;
3777         struct pglist_data *pgdat = NULL;
3778         int pgscanned = 0;
3779         int pgrescued = 0;
3780         int i;
3781
3782         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3783                 struct page *page = pages[i];
3784                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
3785
3786                 pgscanned++;
3787                 if (pagepgdat != pgdat) {
3788                         if (pgdat)
3789                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
3790                         pgdat = pagepgdat;
3791                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
3792                 }
3793                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
3794
3795                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3796                         continue;
3797
3798                 if (page_evictable(page)) {
3799                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3800
3801                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3802                         ClearPageUnevictable(page);
3803                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3804                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3805                         pgrescued++;
3806                 }
3807         }
3808
3809         if (pgdat) {
3810                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3811                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3812                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
3813         }
3814 }
3815 #endif /* CONFIG_SHMEM */