mm/swap.c

   1 /*
   2  *  linux/mm/swap.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 /*
   8  * This file contains the default values for the operation of the
   9  * Linux VM subsystem. Fine-tuning documentation can be found in
  10  * Documentation/sysctl/vm.txt.
  11  * Started 18.12.91
  12  * Swap aging added 23.2.95, Stephen Tweedie.
  13  * Buffermem limits added 12.3.98, Rik van Riel.
  14  */
  15
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/sched.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/swap.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/pagemap.h>
  22 #include <linux/pagevec.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/export.h>
  25 #include <linux/mm_inline.h>
  26 #include <linux/percpu_counter.h>
  27 #include <linux/percpu.h>
  28 #include <linux/cpu.h>
  29 #include <linux/notifier.h>
  30 #include <linux/backing-dev.h>
  31 #include <linux/memcontrol.h>
  32 #include <linux/gfp.h>
  33 #include <linux/uio.h>
  34
  35 #include "internal.h"
  36
  37 #define CREATE_TRACE_POINTS
  38 #include <trace/events/pagemap.h>
  39
  40 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? */
  41 int page_cluster;
  42
  43 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_add_pvec);
  44 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_rotate_pvecs);
  45 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_deactivate_pvecs);
  46
  47 /*
  48  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally
  49  * freed via pagevecs.  But it gets used by networking.
  50  */
  51 static void __page_cache_release(struct page *page)
  52 {
  53         if (PageLRU(page)) {
  54                 struct zone *zone = page_zone(page);
  55                 struct lruvec *lruvec;
  56                 unsigned long flags;
  57
  58                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
  59                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
  60                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
  61                 __ClearPageLRU(page);
  62                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
  63                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
  64         }
  65         mem_cgroup_uncharge(page);
  66 }
  67
  68 static void __put_single_page(struct page *page)
  69 {
  70         __page_cache_release(page);
  71         free_hot_cold_page(page, false);
  72 }
  73
  74 static void __put_compound_page(struct page *page)
  75 {
  76         compound_page_dtor *dtor;
  77
  78         __page_cache_release(page);
  79         dtor = get_compound_page_dtor(page);
  80         (*dtor)(page);
  81 }
  82
  83 /**
  84  * Two special cases here: we could avoid taking compound_lock_irqsave
  85  * and could skip the tail refcounting(in _mapcount).
  86  *
  87  * 1. Hugetlbfs page:
  88  *
  89  *    PageHeadHuge will remain true until the compound page
  90  *    is released and enters the buddy allocator, and it could
  91  *    not be split by __split_huge_page_refcount().
  92  *
  93  *    So if we see PageHeadHuge set, and we have the tail page pin,
  94  *    then we could safely put head page.
  95  *
  96  * 2. Slab THP page:
  97  *
  98  *    PG_slab is cleared before the slab frees the head page, and
  99  *    tail pin cannot be the last reference left on the head page,
 100  *    because the slab code is free to reuse the compound page
 101  *    after a kfree/kmem_cache_free without having to check if
 102  *    there's any tail pin left.  In turn all tail pinsmust be always
 103  *    released while the head is still pinned by the slab code
 104  *    and so we know PG_slab will be still set too.
 105  *
 106  *    So if we see PageSlab set, and we have the tail page pin,
 107  *    then we could safely put head page.
 108  */
 109 static __always_inline
 110 void put_unrefcounted_compound_page(struct page *page_head, struct page *page)
 111 {
 112         /*
 113          * If @page is a THP tail, we must read the tail page
 114          * flags after the head page flags. The
 115          * __split_huge_page_refcount side enforces write memory barriers
 116          * between clearing PageTail and before the head page
 117          * can be freed and reallocated.
 118          */
 119         smp_rmb();
 120         if (likely(PageTail(page))) {
 121                 /*
 122                  * __split_huge_page_refcount cannot race
 123                  * here, see the comment above this function.
 124                  */
 125                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page_head), page_head);
 126                 VM_BUG_ON_PAGE(page_mapcount(page) != 0, page);
 127                 if (put_page_testzero(page_head)) {
 128                         /*
 129                          * If this is the tail of a slab THP page,
 130                          * the tail pin must not be the last reference
 131                          * held on the page, because the PG_slab cannot
 132                          * be cleared before all tail pins (which skips
 133                          * the _mapcount tail refcounting) have been
 134                          * released.
 135                          *
 136                          * If this is the tail of a hugetlbfs page,
 137                          * the tail pin may be the last reference on
 138                          * the page instead, because PageHeadHuge will
 139                          * not go away until the compound page enters
 140                          * the buddy allocator.
 141                          */
 142                         VM_BUG_ON_PAGE(PageSlab(page_head), page_head);
 143                         __put_compound_page(page_head);
 144                 }
 145         } else
 146                 /*
 147                  * __split_huge_page_refcount run before us,
 148                  * @page was a THP tail. The split @page_head
 149                  * has been freed and reallocated as slab or
 150                  * hugetlbfs page of smaller order (only
 151                  * possible if reallocated as slab on x86).
 152                  */
 153                 if (put_page_testzero(page))
 154                         __put_single_page(page);
 155 }
 156
 157 static __always_inline
 158 void put_refcounted_compound_page(struct page *page_head, struct page *page)
 159 {
 160         if (likely(page != page_head && get_page_unless_zero(page_head))) {
 161                 unsigned long flags;
 162
 163                 /*
 164                  * @page_head wasn't a dangling pointer but it may not
 165                  * be a head page anymore by the time we obtain the
 166                  * lock. That is ok as long as it can't be freed from
 167                  * under us.
 168                  */
 169                 flags = compound_lock_irqsave(page_head);
 170                 if (unlikely(!PageTail(page))) {
 171                         /* __split_huge_page_refcount run before us */
 172                         compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 173                         if (put_page_testzero(page_head)) {
 174                                 /*
 175                                  * The @page_head may have been freed
 176                                  * and reallocated as a compound page
 177                                  * of smaller order and then freed
 178                                  * again.  All we know is that it
 179                                  * cannot have become: a THP page, a
 180                                  * compound page of higher order, a
 181                                  * tail page.  That is because we
 182                                  * still hold the refcount of the
 183                                  * split THP tail and page_head was
 184                                  * the THP head before the split.
 185                                  */
 186                                 if (PageHead(page_head))
 187                                         __put_compound_page(page_head);
 188                                 else
 189                                         __put_single_page(page_head);
 190                         }
 191 out_put_single:
 192                         if (put_page_testzero(page))
 193                                 __put_single_page(page);
 194                         return;
 195                 }
 196                 VM_BUG_ON_PAGE(page_head != page->first_page, page);
 197                 /*
 198                  * We can release the refcount taken by
 199                  * get_page_unless_zero() now that
 200                  * __split_huge_page_refcount() is blocked on the
 201                  * compound_lock.
 202                  */
 203                 if (put_page_testzero(page_head))
 204                         VM_BUG_ON_PAGE(1, page_head);
 205                 /* __split_huge_page_refcount will wait now */
 206                 VM_BUG_ON_PAGE(page_mapcount(page) <= 0, page);
 207                 atomic_dec(&page->_mapcount);
 208                 VM_BUG_ON_PAGE(atomic_read(&page_head->_count) <= 0, page_head);
 209                 VM_BUG_ON_PAGE(atomic_read(&page->_count) != 0, page);
 210                 compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 211
 212                 if (put_page_testzero(page_head)) {
 213                         if (PageHead(page_head))
 214                                 __put_compound_page(page_head);
 215                         else
 216                                 __put_single_page(page_head);
 217                 }
 218         } else {
 219                 /* @page_head is a dangling pointer */
 220                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
 221                 goto out_put_single;
 222         }
 223 }
 224
 225 static void put_compound_page(struct page *page)
 226 {
 227         struct page *page_head;
 228
 229         /*
 230          * We see the PageCompound set and PageTail not set, so @page maybe:
 231          *  1. hugetlbfs head page, or
 232          *  2. THP head page.
 233          */
 234         if (likely(!PageTail(page))) {
 235                 if (put_page_testzero(page)) {
 236                         /*
 237                          * By the time all refcounts have been released
 238                          * split_huge_page cannot run anymore from under us.
 239                          */
 240                         if (PageHead(page))
 241                                 __put_compound_page(page);
 242                         else
 243                                 __put_single_page(page);
 244                 }
 245                 return;
 246         }
 247
 248         /*
 249          * We see the PageCompound set and PageTail set, so @page maybe:
 250          *  1. a tail hugetlbfs page, or
 251          *  2. a tail THP page, or
 252          *  3. a split THP page.
 253          *
 254          *  Case 3 is possible, as we may race with
 255          *  __split_huge_page_refcount tearing down a THP page.
 256          */
 257         page_head = compound_head_by_tail(page);
 258         if (!__compound_tail_refcounted(page_head))
 259                 put_unrefcounted_compound_page(page_head, page);
 260         else
 261                 put_refcounted_compound_page(page_head, page);
 262 }
 263
 264 void put_page(struct page *page)
 265 {
 266         if (unlikely(PageCompound(page)))
 267                 put_compound_page(page);
 268         else if (put_page_testzero(page))
 269                 __put_single_page(page);
 270 }
 271 EXPORT_SYMBOL(put_page);
 272
 273 /*
 274  * This function is exported but must not be called by anything other
 275  * than get_page(). It implements the slow path of get_page().
 276  */
 277 bool __get_page_tail(struct page *page)
 278 {
 279         /*
 280          * This takes care of get_page() if run on a tail page
 281          * returned by one of the get_user_pages/follow_page variants.
 282          * get_user_pages/follow_page itself doesn't need the compound
 283          * lock because it runs __get_page_tail_foll() under the
 284          * proper PT lock that already serializes against
 285          * split_huge_page().
 286          */
 287         unsigned long flags;
 288         bool got;
 289         struct page *page_head = compound_head(page);
 290
 291         /* Ref to put_compound_page() comment. */
 292         if (!__compound_tail_refcounted(page_head)) {
 293                 smp_rmb();
 294                 if (likely(PageTail(page))) {
 295                         /*
 296                          * This is a hugetlbfs page or a slab
 297                          * page. __split_huge_page_refcount
 298                          * cannot race here.
 299                          */
 300                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page_head), page_head);
 301                         __get_page_tail_foll(page, true);
 302                         return true;
 303                 } else {
 304                         /*
 305                          * __split_huge_page_refcount run
 306                          * before us, "page" was a THP
 307                          * tail. The split page_head has been
 308                          * freed and reallocated as slab or
 309                          * hugetlbfs page of smaller order
 310                          * (only possible if reallocated as
 311                          * slab on x86).
 312                          */
 313                         return false;
 314                 }
 315         }
 316
 317         got = false;
 318         if (likely(page != page_head && get_page_unless_zero(page_head))) {
 319                 /*
 320                  * page_head wasn't a dangling pointer but it
 321                  * may not be a head page anymore by the time
 322                  * we obtain the lock. That is ok as long as it
 323                  * can't be freed from under us.
 324                  */
 325                 flags = compound_lock_irqsave(page_head);
 326                 /* here __split_huge_page_refcount won't run anymore */
 327                 if (likely(PageTail(page))) {
 328                         __get_page_tail_foll(page, false);
 329                         got = true;
 330                 }
 331                 compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 332                 if (unlikely(!got))
 333                         put_page(page_head);
 334         }
 335         return got;
 336 }
 337 EXPORT_SYMBOL(__get_page_tail);
 338
 339 /**
 340  * put_pages_list() - release a list of pages
 341  * @pages: list of pages threaded on page->lru
 342  *
 343  * Release a list of pages which are strung together on page.lru.  Currently
 344  * used by read_cache_pages() and related error recovery code.
 345  */
 346 void put_pages_list(struct list_head *pages)
 347 {
 348         while (!list_empty(pages)) {
 349                 struct page *victim;
 350
 351                 victim = list_entry(pages->prev, struct page, lru);
 352                 list_del(&victim->lru);
 353                 page_cache_release(victim);
 354         }
 355 }
 356 EXPORT_SYMBOL(put_pages_list);
 357
 358 /*
 359  * get_kernel_pages() - pin kernel pages in memory
 360  * @kiov:       An array of struct kvec structures
 361  * @nr_segs:    number of segments to pin
 362  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 363  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
 364  *              Should be at least nr_segs long.
 365  *
 366  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
 367  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
 368  * were pinned, returns -errno. Each page returned must be released
 369  * with a put_page() call when it is finished with.
 370  */
 371 int get_kernel_pages(const struct kvec *kiov, int nr_segs, int write,
 372                 struct page **pages)
 373 {
 374         int seg;
 375
 376         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 377                 if (WARN_ON(kiov[seg].iov_len != PAGE_SIZE))
 378                         return seg;
 379
 380                 pages[seg] = kmap_to_page(kiov[seg].iov_base);
 381                 page_cache_get(pages[seg]);
 382         }
 383
 384         return seg;
 385 }
 386 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_pages);
 387
 388 /*
 389  * get_kernel_page() - pin a kernel page in memory
 390  * @start:      starting kernel address
 391  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 392  * @pages:      array that receives pointer to the page pinned.
 393  *              Must be at least nr_segs long.
 394  *
 395  * Returns 1 if page is pinned. If the page was not pinned, returns
 396  * -errno. The page returned must be released with a put_page() call
 397  * when it is finished with.
 398  */
 399 int get_kernel_page(unsigned long start, int write, struct page **pages)
 400 {
 401         const struct kvec kiov = {
 402                 .iov_base = (void *)start,
 403                 .iov_len = PAGE_SIZE
 404         };
 405
 406         return get_kernel_pages(&kiov, 1, write, pages);
 407 }
 408 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_page);
 409
 410 static void pagevec_lru_move_fn(struct pagevec *pvec,
 411         void (*move_fn)(struct page *page, struct lruvec *lruvec, void *arg),
 412         void *arg)
 413 {
 414         int i;
 415         struct zone *zone = NULL;
 416         struct lruvec *lruvec;
 417         unsigned long flags = 0;
 418
 419         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
 420                 struct page *page = pvec->pages[i];
 421                 struct zone *pagezone = page_zone(page);
 422
 423                 if (pagezone != zone) {
 424                         if (zone)
 425                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 426                         zone = pagezone;
 427                         spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 428                 }
 429
 430                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 431                 (*move_fn)(page, lruvec, arg);
 432         }
 433         if (zone)
 434                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 435         release_pages(pvec->pages, pvec->nr, pvec->cold);
 436         pagevec_reinit(pvec);
 437 }
 438
 439 static void pagevec_move_tail_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 440                                  void *arg)
 441 {
 442         int *pgmoved = arg;
 443
 444         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 445                 enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
 446                 list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
 447                 (*pgmoved)++;
 448         }
 449 }
 450
 451 /*
 452  * pagevec_move_tail() must be called with IRQ disabled.
 453  * Otherwise this may cause nasty races.
 454  */
 455 static void pagevec_move_tail(struct pagevec *pvec)
 456 {
 457         int pgmoved = 0;
 458
 459         pagevec_lru_move_fn(pvec, pagevec_move_tail_fn, &pgmoved);
 460         __count_vm_events(PGROTATED, pgmoved);
 461 }
 462
 463 /*
 464  * Writeback is about to end against a page which has been marked for immediate
 465  * reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it to the tail of the
 466  * inactive list.
 467  */
 468 void rotate_reclaimable_page(struct page *page)
 469 {
 470         if (!PageLocked(page) && !PageDirty(page) && !PageActive(page) &&
 471             !PageUnevictable(page) && PageLRU(page)) {
 472                 struct pagevec *pvec;
 473                 unsigned long flags;
 474
 475                 page_cache_get(page);
 476                 local_irq_save(flags);
 477                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_rotate_pvecs);
 478                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 479                         pagevec_move_tail(pvec);
 480                 local_irq_restore(flags);
 481         }
 482 }
 483
 484 static void update_page_reclaim_stat(struct lruvec *lruvec,
 485                                      int file, int rotated)
 486 {
 487         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
 488
 489         reclaim_stat->recent_scanned[file]++;
 490         if (rotated)
 491                 reclaim_stat->recent_rotated[file]++;
 492 }
 493
 494 static void __activate_page(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 495                             void *arg)
 496 {
 497         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 498                 int file = page_is_file_cache(page);
 499                 int lru = page_lru_base_type(page);
 500
 501                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
 502                 SetPageActive(page);
 503                 lru += LRU_ACTIVE;
 504                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
 505                 trace_mm_lru_activate(page);
 506
 507                 __count_vm_event(PGACTIVATE);
 508                 update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 1);
 509         }
 510 }
 511
 512 #ifdef CONFIG_SMP
 513 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, activate_page_pvecs);
 514
 515 static void activate_page_drain(int cpu)
 516 {
 517         struct pagevec *pvec = &per_cpu(activate_page_pvecs, cpu);
 518
 519         if (pagevec_count(pvec))
 520                 pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page, NULL);
 521 }
 522
 523 static bool need_activate_page_drain(int cpu)
 524 {
 525         return pagevec_count(&per_cpu(activate_page_pvecs, cpu)) != 0;
 526 }
 527
 528 void activate_page(struct page *page)
 529 {
 530         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 531                 struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(activate_page_pvecs);
 532
 533                 page_cache_get(page);
 534                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 535                         pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page, NULL);
 536                 put_cpu_var(activate_page_pvecs);
 537         }
 538 }
 539
 540 #else
 541 static inline void activate_page_drain(int cpu)
 542 {
 543 }
 544
 545 static bool need_activate_page_drain(int cpu)
 546 {
 547         return false;
 548 }
 549
 550 void activate_page(struct page *page)
 551 {
 552         struct zone *zone = page_zone(page);
 553
 554         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 555         __activate_page(page, mem_cgroup_page_lruvec(page, zone), NULL);
 556         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 557 }
 558 #endif
 559
 560 static void __lru_cache_activate_page(struct page *page)
 561 {
 562         struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_add_pvec);
 563         int i;
 564
 565         /*
 566          * Search backwards on the optimistic assumption that the page being
 567          * activated has just been added to this pagevec. Note that only
 568          * the local pagevec is examined as a !PageLRU page could be in the
 569          * process of being released, reclaimed, migrated or on a remote
 570          * pagevec that is currently being drained. Furthermore, marking
 571          * a remote pagevec's page PageActive potentially hits a race where
 572          * a page is marked PageActive just after it is added to the inactive
 573          * list causing accounting errors and BUG_ON checks to trigger.
 574          */
 575         for (i = pagevec_count(pvec) - 1; i >= 0; i--) {
 576                 struct page *pagevec_page = pvec->pages[i];
 577
 578                 if (pagevec_page == page) {
 579                         SetPageActive(page);
 580                         break;
 581                 }
 582         }
 583
 584         put_cpu_var(lru_add_pvec);
 585 }
 586
 587 /*
 588  * Mark a page as having seen activity.
 589  *
 590  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 591  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 592  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 593  *
 594  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 595  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 596  */
 597 void mark_page_accessed(struct page *page)
 598 {
 599         if (!PageActive(page) && !PageUnevictable(page) &&
 600                         PageReferenced(page)) {
 601
 602                 /*
 603                  * If the page is on the LRU, queue it for activation via
 604                  * activate_page_pvecs. Otherwise, assume the page is on a
 605                  * pagevec, mark it active and it'll be moved to the active
 606                  * LRU on the next drain.
 607                  */
 608                 if (PageLRU(page))
 609                         activate_page(page);
 610                 else
 611                         __lru_cache_activate_page(page);
 612                 ClearPageReferenced(page);
 613                 if (page_is_file_cache(page))
 614                         workingset_activation(page);
 615         } else if (!PageReferenced(page)) {
 616                 SetPageReferenced(page);
 617         }
 618 }
 619 EXPORT_SYMBOL(mark_page_accessed);
 620
 621 static void __lru_cache_add(struct page *page)
 622 {
 623         struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_add_pvec);
 624
 625         page_cache_get(page);
 626         if (!pagevec_space(pvec))
 627                 __pagevec_lru_add(pvec);
 628         pagevec_add(pvec, page);
 629         put_cpu_var(lru_add_pvec);
 630 }
 631
 632 /**
 633  * lru_cache_add: add a page to the page lists
 634  * @page: the page to add
 635  */
 636 void lru_cache_add_anon(struct page *page)
 637 {
 638         if (PageActive(page))
 639                 ClearPageActive(page);
 640         __lru_cache_add(page);
 641 }
 642
 643 void lru_cache_add_file(struct page *page)
 644 {
 645         if (PageActive(page))
 646                 ClearPageActive(page);
 647         __lru_cache_add(page);
 648 }
 649 EXPORT_SYMBOL(lru_cache_add_file);
 650
 651 /**
 652  * lru_cache_add - add a page to a page list
 653  * @page: the page to be added to the LRU.
 654  *
 655  * Queue the page for addition to the LRU via pagevec. The decision on whether
 656  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 657  * pagevec is drained. This gives a chance for the caller of lru_cache_add()
 658  * have the page added to the active list using mark_page_accessed().
 659  */
 660 void lru_cache_add(struct page *page)
 661 {
 662         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page) && PageUnevictable(page), page);
 663         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 664         __lru_cache_add(page);
 665 }
 666
 667 /**
 668  * add_page_to_unevictable_list - add a page to the unevictable list
 669  * @page:  the page to be added to the unevictable list
 670  *
 671  * Add page directly to its zone's unevictable list.  To avoid races with
 672  * tasks that might be making the page evictable, through eg. munlock,
 673  * munmap or exit, while it's not on the lru, we want to add the page
 674  * while it's locked or otherwise "invisible" to other tasks.  This is
 675  * difficult to do when using the pagevec cache, so bypass that.
 676  */
 677 void add_page_to_unevictable_list(struct page *page)
 678 {
 679         struct zone *zone = page_zone(page);
 680         struct lruvec *lruvec;
 681
 682         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 683         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 684         ClearPageActive(page);
 685         SetPageUnevictable(page);
 686         SetPageLRU(page);
 687         add_page_to_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
 688         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 689 }
 690
 691 /**
 692  * lru_cache_add_active_or_unevictable
 693  * @page:  the page to be added to LRU
 694  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
 695  *
 696  * Place @page on the active or unevictable LRU list, depending on its
 697  * evictability.  Note that if the page is not evictable, it goes
 698  * directly back onto it's zone's unevictable list, it does NOT use a
 699  * per cpu pagevec.
 700  */
 701 void lru_cache_add_active_or_unevictable(struct page *page,
 702                                          struct vm_area_struct *vma)
 703 {
 704         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 705
 706         if (likely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) != VM_LOCKED)) {
 707                 SetPageActive(page);
 708                 lru_cache_add(page);
 709                 return;
 710         }
 711
 712         if (!TestSetPageMlocked(page)) {
 713                 /*
 714                  * We use the irq-unsafe __mod_zone_page_stat because this
 715                  * counter is not modified from interrupt context, and the pte
 716                  * lock is held(spinlock), which implies preemption disabled.
 717                  */
 718                 __mod_zone_page_state(page_zone(page), NR_MLOCK,
 719                                     hpage_nr_pages(page));
 720                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMLOCKED);
 721         }
 722         add_page_to_unevictable_list(page);
 723 }
 724
 725 /*
 726  * If the page can not be invalidated, it is moved to the
 727  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 728  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 729  * threads some time to write it out, as this is much more
 730  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 731  *
 732  * If the page isn't page_mapped and dirty/writeback, the page
 733  * could reclaim asap using PG_reclaim.
 734  *
 735  * 1. active, mapped page -> none
 736  * 2. active, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 737  * 3. inactive, mapped page -> none
 738  * 4. inactive, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 739  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 740  * 6. Others -> none
 741  *
 742  * In 4, why it moves inactive's head, the VM expects the page would
 743  * be write it out by flusher threads as this is much more effective
 744  * than the single-page writeout from reclaim.
 745  */
 746 static void lru_deactivate_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 747                               void *arg)
 748 {
 749         int lru, file;
 750         bool active;
 751
 752         if (!PageLRU(page))
 753                 return;
 754
 755         if (PageUnevictable(page))
 756                 return;
 757
 758         /* Some processes are using the page */
 759         if (page_mapped(page))
 760                 return;
 761
 762         active = PageActive(page);
 763         file = page_is_file_cache(page);
 764         lru = page_lru_base_type(page);
 765
 766         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru + active);
 767         ClearPageActive(page);
 768         ClearPageReferenced(page);
 769         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
 770
 771         if (PageWriteback(page) || PageDirty(page)) {
 772                 /*
 773                  * PG_reclaim could be raced with end_page_writeback
 774                  * It can make readahead confusing.  But race window
 775                  * is _really_ small and  it's non-critical problem.
 776                  */
 777                 SetPageReclaim(page);
 778         } else {
 779                 /*
 780                  * The page's writeback ends up during pagevec
 781                  * We moves tha page into tail of inactive.
 782                  */
 783                 list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
 784                 __count_vm_event(PGROTATED);
 785         }
 786
 787         if (active)
 788                 __count_vm_event(PGDEACTIVATE);
 789         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 0);
 790 }
 791
 792 /*
 793  * Drain pages out of the cpu's pagevecs.
 794  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 795  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 796  */
 797 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 798 {
 799         struct pagevec *pvec = &per_cpu(lru_add_pvec, cpu);
 800
 801         if (pagevec_count(pvec))
 802                 __pagevec_lru_add(pvec);
 803
 804         pvec = &per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu);
 805         if (pagevec_count(pvec)) {
 806                 unsigned long flags;
 807
 808                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 809                 local_irq_save(flags);
 810                 pagevec_move_tail(pvec);
 811                 local_irq_restore(flags);
 812         }
 813
 814         pvec = &per_cpu(lru_deactivate_pvecs, cpu);
 815         if (pagevec_count(pvec))
 816                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_fn, NULL);
 817
 818         activate_page_drain(cpu);
 819 }
 820
 821 /**
 822  * deactivate_page - forcefully deactivate a page
 823  * @page: page to deactivate
 824  *
 825  * This function hints the VM that @page is a good reclaim candidate,
 826  * for example if its invalidation fails due to the page being dirty
 827  * or under writeback.
 828  */
 829 void deactivate_page(struct page *page)
 830 {
 831         /*
 832          * In a workload with many unevictable page such as mprotect, unevictable
 833          * page deactivation for accelerating reclaim is pointless.
 834          */
 835         if (PageUnevictable(page))
 836                 return;
 837
 838         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
 839                 struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_deactivate_pvecs);
 840
 841                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 842                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_fn, NULL);
 843                 put_cpu_var(lru_deactivate_pvecs);
 844         }
 845 }
 846
 847 void lru_add_drain(void)
 848 {
 849         lru_add_drain_cpu(get_cpu());
 850         put_cpu();
 851 }
 852
 853 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 854 {
 855         lru_add_drain();
 856 }
 857
 858 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 859
 860 void lru_add_drain_all(void)
 861 {
 862         static DEFINE_MUTEX(lock);
 863         static struct cpumask has_work;
 864         int cpu;
 865
 866         mutex_lock(&lock);
 867         get_online_cpus();
 868         cpumask_clear(&has_work);
 869
 870         for_each_online_cpu(cpu) {
 871                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 872
 873                 if (pagevec_count(&per_cpu(lru_add_pvec, cpu)) ||
 874                     pagevec_count(&per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu)) ||
 875                     pagevec_count(&per_cpu(lru_deactivate_pvecs, cpu)) ||
 876                     need_activate_page_drain(cpu)) {
 877                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 878                         schedule_work_on(cpu, work);
 879                         cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 880                 }
 881         }
 882
 883         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 884                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 885
 886         put_online_cpus();
 887         mutex_unlock(&lock);
 888 }
 889
 890 /*
 891  * Batched page_cache_release().  Decrement the reference count on all the
 892  * passed pages.  If it fell to zero then remove the page from the LRU and
 893  * free it.
 894  *
 895  * Avoid taking zone->lru_lock if possible, but if it is taken, retain it
 896  * for the remainder of the operation.
 897  *
 898  * The locking in this function is against shrink_inactive_list(): we recheck
 899  * the page count inside the lock to see whether shrink_inactive_list()
 900  * grabbed the page via the LRU.  If it did, give up: shrink_inactive_list()
 901  * will free it.
 902  */
 903 void release_pages(struct page **pages, int nr, bool cold)
 904 {
 905         int i;
 906         LIST_HEAD(pages_to_free);
 907         struct zone *zone = NULL;
 908         struct lruvec *lruvec;
 909         unsigned long uninitialized_var(flags);
 910
 911         for (i = 0; i < nr; i++) {
 912                 struct page *page = pages[i];
 913
 914                 if (unlikely(PageCompound(page))) {
 915                         if (zone) {
 916                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 917                                 zone = NULL;
 918                         }
 919                         put_compound_page(page);
 920                         continue;
 921                 }
 922
 923                 if (!put_page_testzero(page))
 924                         continue;
 925
 926                 if (PageLRU(page)) {
 927                         struct zone *pagezone = page_zone(page);
 928
 929                         if (pagezone != zone) {
 930                                 if (zone)
 931                                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock,
 932                                                                         flags);
 933                                 zone = pagezone;
 934                                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 935                         }
 936
 937                         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 938                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
 939                         __ClearPageLRU(page);
 940                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
 941                 }
 942
 943                 /* Clear Active bit in case of parallel mark_page_accessed */
 944                 __ClearPageActive(page);
 945
 946                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
 947         }
 948         if (zone)
 949                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 950
 951         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
 952         free_hot_cold_page_list(&pages_to_free, cold);
 953 }
 954 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
 955
 956 /*
 957  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
 958  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
 959  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
 960  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
 961  *
 962  * So __pagevec_release() will drain those queues here.  __pagevec_lru_add()
 963  * and __pagevec_lru_add_active() call release_pages() directly to avoid
 964  * mutual recursion.
 965  */
 966 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
 967 {
 968         lru_add_drain();
 969         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec), pvec->cold);
 970         pagevec_reinit(pvec);
 971 }
 972 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
 973
 974 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 975 /* used by __split_huge_page_refcount() */
 976 void lru_add_page_tail(struct page *page, struct page *page_tail,
 977                        struct lruvec *lruvec, struct list_head *list)
 978 {
 979         const int file = 0;
 980
 981         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page), page);
 982         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page_tail), page);
 983         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page_tail), page);
 984         VM_BUG_ON(NR_CPUS != 1 &&
 985                   !spin_is_locked(&lruvec_zone(lruvec)->lru_lock));
 986
 987         if (!list)
 988                 SetPageLRU(page_tail);
 989
 990         if (likely(PageLRU(page)))
 991                 list_add_tail(&page_tail->lru, &page->lru);
 992         else if (list) {
 993                 /* page reclaim is reclaiming a huge page */
 994                 get_page(page_tail);
 995                 list_add_tail(&page_tail->lru, list);
 996         } else {
 997                 struct list_head *list_head;
 998                 /*
 999                  * Head page has not yet been counted, as an hpage,
1000                  * so we must account for each subpage individually.
1001                  *
1002                  * Use the standard add function to put page_tail on the list,
1003                  * but then correct its position so they all end up in order.
1004                  */
1005                 add_page_to_lru_list(page_tail, lruvec, page_lru(page_tail));
1006                 list_head = page_tail->lru.prev;
1007                 list_move_tail(&page_tail->lru, list_head);
1008         }
1009
1010         if (!PageUnevictable(page))
1011                 update_page_reclaim_stat(lruvec, file, PageActive(page_tail));
1012 }
1013 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1014
1015 static void __pagevec_lru_add_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
1016                                  void *arg)
1017 {
1018         int file = page_is_file_cache(page);
1019         int active = PageActive(page);
1020         enum lru_list lru = page_lru(page);
1021
1022         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1023
1024         SetPageLRU(page);
1025         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1026         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, active);
1027         trace_mm_lru_insertion(page, lru);
1028 }
1029
1030 /*
1031  * Add the passed pages to the LRU, then drop the caller's refcount
1032  * on them.  Reinitialises the caller's pagevec.
1033  */
1034 void __pagevec_lru_add(struct pagevec *pvec)
1035 {
1036         pagevec_lru_move_fn(pvec, __pagevec_lru_add_fn, NULL);
1037 }
1038 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_lru_add);
1039
1040 /**
1041  * pagevec_lookup_entries - gang pagecache lookup
1042  * @pvec:       Where the resulting entries are placed
1043  * @mapping:    The address_space to search
1044  * @start:      The starting entry index
1045  * @nr_entries: The maximum number of entries
1046  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @pvec
1047  *
1048  * pagevec_lookup_entries() will search for and return a group of up
1049  * to @nr_entries pages and shadow entries in the mapping.  All
1050  * entries are placed in @pvec.  pagevec_lookup_entries() takes a
1051  * reference against actual pages in @pvec.
1052  *
1053  * The search returns a group of mapping-contiguous entries with
1054  * ascending indexes.  There may be holes in the indices due to
1055  * not-present entries.
1056  *
1057  * pagevec_lookup_entries() returns the number of entries which were
1058  * found.
1059  */
1060 unsigned pagevec_lookup_entries(struct pagevec *pvec,
1061                                 struct address_space *mapping,
1062                                 pgoff_t start, unsigned nr_pages,
1063                                 pgoff_t *indices)
1064 {
1065         pvec->nr = find_get_entries(mapping, start, nr_pages,
1066                                     pvec->pages, indices);
1067         return pagevec_count(pvec);
1068 }
1069
1070 /**
1071  * pagevec_remove_exceptionals - pagevec exceptionals pruning
1072  * @pvec:       The pagevec to prune
1073  *
1074  * pagevec_lookup_entries() fills both pages and exceptional radix
1075  * tree entries into the pagevec.  This function prunes all
1076  * exceptionals from @pvec without leaving holes, so that it can be
1077  * passed on to page-only pagevec operations.
1078  */
1079 void pagevec_remove_exceptionals(struct pagevec *pvec)
1080 {
1081         int i, j;
1082
1083         for (i = 0, j = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
1084                 struct page *page = pvec->pages[i];
1085                 if (!radix_tree_exceptional_entry(page))
1086                         pvec->pages[j++] = page;
1087         }
1088         pvec->nr = j;
1089 }
1090
1091 /**
1092  * pagevec_lookup - gang pagecache lookup
1093  * @pvec:       Where the resulting pages are placed
1094  * @mapping:    The address_space to search
1095  * @start:      The starting page index
1096  * @nr_pages:   The maximum number of pages
1097  *
1098  * pagevec_lookup() will search for and return a group of up to @nr_pages pages
1099  * in the mapping.  The pages are placed in @pvec.  pagevec_lookup() takes a
1100  * reference against the pages in @pvec.
1101  *
1102  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
1103  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages.
1104  *
1105  * pagevec_lookup() returns the number of pages which were found.
1106  */
1107 unsigned pagevec_lookup(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1108                 pgoff_t start, unsigned nr_pages)
1109 {
1110         pvec->nr = find_get_pages(mapping, start, nr_pages, pvec->pages);
1111         return pagevec_count(pvec);
1112 }
1113 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup);
1114
1115 unsigned pagevec_lookup_tag(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1116                 pgoff_t *index, int tag, unsigned nr_pages)
1117 {
1118         pvec->nr = find_get_pages_tag(mapping, index, tag,
1119                                         nr_pages, pvec->pages);
1120         return pagevec_count(pvec);
1121 }
1122 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_tag);
1123
1124 /*
1125  * Perform any setup for the swap system
1126  */
1127 void __init swap_setup(void)
1128 {
1129         unsigned long megs = totalram_pages >> (20 - PAGE_SHIFT);
1130 #ifdef CONFIG_SWAP
1131         int i;
1132
1133         if (bdi_init(swapper_spaces[0].backing_dev_info))
1134                 panic("Failed to init swap bdi");
1135         for (i = 0; i < MAX_SWAPFILES; i++) {
1136                 spin_lock_init(&swapper_spaces[i].tree_lock);
1137                 INIT_LIST_HEAD(&swapper_spaces[i].i_mmap_nonlinear);
1138         }
1139 #endif
1140
1141         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1142         if (megs < 16)
1143                 page_cluster = 2;
1144         else
1145                 page_cluster = 3;
1146         /*
1147          * Right now other parts of the system means that we
1148          * _really_ don't want to cluster much more
1149          */
1150 }