ARM: dts: rk3228: tsadc: support tsadc for rk3228
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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 #include <linux/mm.h>
15 #include <linux/module.h>
16 #include <linux/gfp.h>
17 #include <linux/kernel_stat.h>
18 #include <linux/swap.h>
19 #include <linux/pagemap.h>
20 #include <linux/init.h>
21 #include <linux/highmem.h>
22 #include <linux/vmpressure.h>
23 #include <linux/vmstat.h>
24 #include <linux/file.h>
25 #include <linux/writeback.h>
26 #include <linux/blkdev.h>
27 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
28                                         buffer_heads_over_limit */
29 #include <linux/mm_inline.h>
30 #include <linux/backing-dev.h>
31 #include <linux/rmap.h>
32 #include <linux/topology.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/compaction.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/rwsem.h>
38 #include <linux/delay.h>
39 #include <linux/kthread.h>
40 #include <linux/freezer.h>
41 #include <linux/memcontrol.h>
42 #include <linux/delayacct.h>
43 #include <linux/sysctl.h>
44 #include <linux/oom.h>
45 #include <linux/prefetch.h>
46 #include <linux/debugfs.h>
47
48 #include <asm/tlbflush.h>
49 #include <asm/div64.h>
50
51 #include <linux/swapops.h>
52 #include <linux/balloon_compaction.h>
53
54 #include "internal.h"
55
56 #define CREATE_TRACE_POINTS
57 #include <trace/events/vmscan.h>
58
59 struct scan_control {
60         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
61         unsigned long nr_scanned;
62
63         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
64         unsigned long nr_reclaimed;
65
66         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
67         unsigned long nr_to_reclaim;
68
69         unsigned long hibernation_mode;
70
71         /* This context's GFP mask */
72         gfp_t gfp_mask;
73
74         int may_writepage;
75
76         /* Can mapped pages be reclaimed? */
77         int may_unmap;
78
79         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
80         int may_swap;
81
82         int order;
83
84         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
85         int priority;
86
87         /*
88          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
89          * primary target of this reclaim invocation.
90          */
91         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
92
93         /*
94          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
95          * are scanned.
96          */
97         nodemask_t      *nodemask;
98 };
99
100 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
101
102 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
103 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
104         do {                                                            \
105                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
106                         struct page *prev;                              \
107                                                                         \
108                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
109                         prefetch(&prev->_field);                        \
110                 }                                                       \
111         } while (0)
112 #else
113 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
114 #endif
115
116 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
117 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
118         do {                                                            \
119                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
120                         struct page *prev;                              \
121                                                                         \
122                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
123                         prefetchw(&prev->_field);                       \
124                 }                                                       \
125         } while (0)
126 #else
127 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
128 #endif
129
130 /*
131  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
132  */
133 int vm_swappiness = 60;
134 unsigned long vm_total_pages;   /* The total number of pages which the VM controls */
135
136 static LIST_HEAD(shrinker_list);
137 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
138
139 #ifdef CONFIG_MEMCG
140 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
141 {
142         return !sc->target_mem_cgroup;
143 }
144 #else
145 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
146 {
147         return true;
148 }
149 #endif
150
151 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
152 {
153         if (!mem_cgroup_disabled())
154                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
155
156         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
157 }
158
159 struct dentry *debug_file;
160
161 static int debug_shrinker_show(struct seq_file *s, void *unused)
162 {
163         struct shrinker *shrinker;
164         struct shrink_control sc;
165
166         sc.gfp_mask = -1;
167         sc.nr_to_scan = 0;
168
169         down_read(&shrinker_rwsem);
170         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
171                 int num_objs;
172
173                 num_objs = shrinker->shrink(shrinker, &sc);
174                 seq_printf(s, "%pf %d\n", shrinker->shrink, num_objs);
175         }
176         up_read(&shrinker_rwsem);
177         return 0;
178 }
179
180 static int debug_shrinker_open(struct inode *inode, struct file *file)
181 {
182         return single_open(file, debug_shrinker_show, inode->i_private);
183 }
184
185 static const struct file_operations debug_shrinker_fops = {
186         .open = debug_shrinker_open,
187         .read = seq_read,
188         .llseek = seq_lseek,
189         .release = single_release,
190 };
191
192 /*
193  * Add a shrinker callback to be called from the vm
194  */
195 void register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
196 {
197         atomic_long_set(&shrinker->nr_in_batch, 0);
198         down_write(&shrinker_rwsem);
199         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
200         up_write(&shrinker_rwsem);
201 }
202 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
203
204 static int __init add_shrinker_debug(void)
205 {
206         debugfs_create_file("shrinker", 0644, NULL, NULL,
207                             &debug_shrinker_fops);
208         return 0;
209 }
210
211 late_initcall(add_shrinker_debug);
212
213 /*
214  * Remove one
215  */
216 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
217 {
218         down_write(&shrinker_rwsem);
219         list_del(&shrinker->list);
220         up_write(&shrinker_rwsem);
221 }
222 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
223
224 static inline int do_shrinker_shrink(struct shrinker *shrinker,
225                                      struct shrink_control *sc,
226                                      unsigned long nr_to_scan)
227 {
228         sc->nr_to_scan = nr_to_scan;
229         return (*shrinker->shrink)(shrinker, sc);
230 }
231
232 #define SHRINK_BATCH 128
233 /*
234  * Call the shrink functions to age shrinkable caches
235  *
236  * Here we assume it costs one seek to replace a lru page and that it also
237  * takes a seek to recreate a cache object.  With this in mind we age equal
238  * percentages of the lru and ageable caches.  This should balance the seeks
239  * generated by these structures.
240  *
241  * If the vm encountered mapped pages on the LRU it increase the pressure on
242  * slab to avoid swapping.
243  *
244  * We do weird things to avoid (scanned*seeks*entries) overflowing 32 bits.
245  *
246  * `lru_pages' represents the number of on-LRU pages in all the zones which
247  * are eligible for the caller's allocation attempt.  It is used for balancing
248  * slab reclaim versus page reclaim.
249  *
250  * Returns the number of slab objects which we shrunk.
251  */
252 unsigned long shrink_slab(struct shrink_control *shrink,
253                           unsigned long nr_pages_scanned,
254                           unsigned long lru_pages)
255 {
256         struct shrinker *shrinker;
257         unsigned long ret = 0;
258
259         if (nr_pages_scanned == 0)
260                 nr_pages_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
261
262         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
263                 /* Assume we'll be able to shrink next time */
264                 ret = 1;
265                 goto out;
266         }
267
268         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
269                 unsigned long long delta;
270                 long total_scan;
271                 long max_pass;
272                 int shrink_ret = 0;
273                 long nr;
274                 long new_nr;
275                 long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
276                                                   : SHRINK_BATCH;
277
278                 max_pass = do_shrinker_shrink(shrinker, shrink, 0);
279                 if (max_pass <= 0)
280                         continue;
281
282                 /*
283                  * copy the current shrinker scan count into a local variable
284                  * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
285                  * don't also do this scanning work.
286                  */
287                 nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_in_batch, 0);
288
289                 total_scan = nr;
290                 delta = (4 * nr_pages_scanned) / shrinker->seeks;
291                 delta *= max_pass;
292                 do_div(delta, lru_pages + 1);
293                 total_scan += delta;
294                 if (total_scan < 0) {
295                         printk(KERN_ERR "shrink_slab: %pF negative objects to "
296                                "delete nr=%ld\n",
297                                shrinker->shrink, total_scan);
298                         total_scan = max_pass;
299                 }
300
301                 /*
302                  * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
303                  * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
304                  * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
305                  * nr being built up so when a shrink that can do some work
306                  * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
307                  * max_pass.  This is bad for sustaining a working set in
308                  * memory.
309                  *
310                  * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
311                  * a large delta change is calculated directly.
312                  */
313                 if (delta < max_pass / 4)
314                         total_scan = min(total_scan, max_pass / 2);
315
316                 /*
317                  * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
318                  * never try to free more than twice the estimate number of
319                  * freeable entries.
320                  */
321                 if (total_scan > max_pass * 2)
322                         total_scan = max_pass * 2;
323
324                 trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrink, nr,
325                                         nr_pages_scanned, lru_pages,
326                                         max_pass, delta, total_scan);
327
328                 while (total_scan >= batch_size) {
329                         int nr_before;
330
331                         nr_before = do_shrinker_shrink(shrinker, shrink, 0);
332                         shrink_ret = do_shrinker_shrink(shrinker, shrink,
333                                                         batch_size);
334                         if (shrink_ret == -1)
335                                 break;
336                         if (shrink_ret < nr_before)
337                                 ret += nr_before - shrink_ret;
338                         count_vm_events(SLABS_SCANNED, batch_size);
339                         total_scan -= batch_size;
340
341                         cond_resched();
342                 }
343
344                 /*
345                  * move the unused scan count back into the shrinker in a
346                  * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
347                  * scan, there is no need to do an update.
348                  */
349                 if (total_scan > 0)
350                         new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
351                                         &shrinker->nr_in_batch);
352                 else
353                         new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_in_batch);
354
355                 trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrink_ret, nr, new_nr);
356         }
357         up_read(&shrinker_rwsem);
358 out:
359         cond_resched();
360         return ret;
361 }
362
363 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
364 {
365         /*
366          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
367          * that isolated the page, the page cache radix tree and
368          * optional buffer heads at page->private.
369          */
370         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
371 }
372
373 static int may_write_to_queue(struct backing_dev_info *bdi,
374                               struct scan_control *sc)
375 {
376         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
377                 return 1;
378         if (!bdi_write_congested(bdi))
379                 return 1;
380         if (bdi == current->backing_dev_info)
381                 return 1;
382         return 0;
383 }
384
385 /*
386  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
387  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
388  * fsync(), msync() or close().
389  *
390  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
391  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
392  * that page is locked, the mapping is pinned.
393  *
394  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
395  * __GFP_FS.
396  */
397 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
398                                 struct page *page, int error)
399 {
400         lock_page(page);
401         if (page_mapping(page) == mapping)
402                 mapping_set_error(mapping, error);
403         unlock_page(page);
404 }
405
406 /* possible outcome of pageout() */
407 typedef enum {
408         /* failed to write page out, page is locked */
409         PAGE_KEEP,
410         /* move page to the active list, page is locked */
411         PAGE_ACTIVATE,
412         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
413         PAGE_SUCCESS,
414         /* page is clean and locked */
415         PAGE_CLEAN,
416 } pageout_t;
417
418 /*
419  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
420  * Calls ->writepage().
421  */
422 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
423                          struct scan_control *sc)
424 {
425         /*
426          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
427          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
428          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
429          * stalls if we need to run get_block().  We could test
430          * PagePrivate for that.
431          *
432          * If this process is currently in __generic_file_aio_write() against
433          * this page's queue, we can perform writeback even if that
434          * will block.
435          *
436          * If the page is swapcache, write it back even if that would
437          * block, for some throttling. This happens by accident, because
438          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
439          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
440          */
441         if (!is_page_cache_freeable(page))
442                 return PAGE_KEEP;
443         if (!mapping) {
444                 /*
445                  * Some data journaling orphaned pages can have
446                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
447                  */
448                 if (page_has_private(page)) {
449                         if (try_to_free_buffers(page)) {
450                                 ClearPageDirty(page);
451                                 printk("%s: orphaned page\n", __func__);
452                                 return PAGE_CLEAN;
453                         }
454                 }
455                 return PAGE_KEEP;
456         }
457         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
458                 return PAGE_ACTIVATE;
459         if (!may_write_to_queue(mapping->backing_dev_info, sc))
460                 return PAGE_KEEP;
461
462         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
463                 int res;
464                 struct writeback_control wbc = {
465                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
466                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
467                         .range_start = 0,
468                         .range_end = LLONG_MAX,
469                         .for_reclaim = 1,
470                 };
471
472                 SetPageReclaim(page);
473                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
474                 if (res < 0)
475                         handle_write_error(mapping, page, res);
476                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
477                         ClearPageReclaim(page);
478                         return PAGE_ACTIVATE;
479                 }
480
481                 if (!PageWriteback(page)) {
482                         /* synchronous write or broken a_ops? */
483                         ClearPageReclaim(page);
484                 }
485                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
486                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
487                 return PAGE_SUCCESS;
488         }
489
490         return PAGE_CLEAN;
491 }
492
493 /*
494  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
495  * gets returned with a refcount of 0.
496  */
497 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
498 {
499         BUG_ON(!PageLocked(page));
500         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
501
502         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
503         /*
504          * The non racy check for a busy page.
505          *
506          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
507          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
508          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
509          * here, then the following race may occur:
510          *
511          * get_user_pages(&page);
512          * [user mapping goes away]
513          * write_to(page);
514          *                              !PageDirty(page)    [good]
515          * SetPageDirty(page);
516          * put_page(page);
517          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
518          *
519          * [oops, our write_to data is lost]
520          *
521          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
522          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
523          * load is not satisfied before that of page->_count.
524          *
525          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
526          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
527          */
528         if (!page_freeze_refs(page, 2))
529                 goto cannot_free;
530         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
531         if (unlikely(PageDirty(page))) {
532                 page_unfreeze_refs(page, 2);
533                 goto cannot_free;
534         }
535
536         if (PageSwapCache(page)) {
537                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
538                 __delete_from_swap_cache(page);
539                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
540                 swapcache_free(swap, page);
541         } else {
542                 void (*freepage)(struct page *);
543
544                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
545
546                 __delete_from_page_cache(page);
547                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
548                 mem_cgroup_uncharge_cache_page(page);
549
550                 if (freepage != NULL)
551                         freepage(page);
552         }
553
554         return 1;
555
556 cannot_free:
557         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
558         return 0;
559 }
560
561 /*
562  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
563  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
564  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
565  * this page.
566  */
567 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
568 {
569         if (__remove_mapping(mapping, page)) {
570                 /*
571                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
572                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
573                  * atomic operation.
574                  */
575                 page_unfreeze_refs(page, 1);
576                 return 1;
577         }
578         return 0;
579 }
580
581 /**
582  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
583  * @page: page to be put back to appropriate lru list
584  *
585  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
586  * Page may still be unevictable for other reasons.
587  *
588  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
589  */
590 void putback_lru_page(struct page *page)
591 {
592         int lru;
593         int active = !!TestClearPageActive(page);
594         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
595
596         VM_BUG_ON(PageLRU(page));
597
598 redo:
599         ClearPageUnevictable(page);
600
601         if (page_evictable(page)) {
602                 /*
603                  * For evictable pages, we can use the cache.
604                  * In event of a race, worst case is we end up with an
605                  * unevictable page on [in]active list.
606                  * We know how to handle that.
607                  */
608                 lru = active + page_lru_base_type(page);
609                 lru_cache_add_lru(page, lru);
610         } else {
611                 /*
612                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
613                  * list.
614                  */
615                 lru = LRU_UNEVICTABLE;
616                 add_page_to_unevictable_list(page);
617                 /*
618                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
619                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
620                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
621                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
622                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
623                  * the page back to the evictable list.
624                  *
625                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
626                  */
627                 smp_mb();
628         }
629
630         /*
631          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
632          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
633          * check after we added it to the list, again.
634          */
635         if (lru == LRU_UNEVICTABLE && page_evictable(page)) {
636                 if (!isolate_lru_page(page)) {
637                         put_page(page);
638                         goto redo;
639                 }
640                 /* This means someone else dropped this page from LRU
641                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
642                  * nothing to do here.
643                  */
644         }
645
646         if (was_unevictable && lru != LRU_UNEVICTABLE)
647                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
648         else if (!was_unevictable && lru == LRU_UNEVICTABLE)
649                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
650
651         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
652 }
653
654 enum page_references {
655         PAGEREF_RECLAIM,
656         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
657         PAGEREF_KEEP,
658         PAGEREF_ACTIVATE,
659 };
660
661 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
662                                                   struct scan_control *sc)
663 {
664         int referenced_ptes, referenced_page;
665         unsigned long vm_flags;
666
667         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
668                                           &vm_flags);
669         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
670
671         /*
672          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
673          * move the page to the unevictable list.
674          */
675         if (vm_flags & VM_LOCKED)
676                 return PAGEREF_RECLAIM;
677
678         if (referenced_ptes) {
679                 if (PageSwapBacked(page))
680                         return PAGEREF_ACTIVATE;
681                 /*
682                  * All mapped pages start out with page table
683                  * references from the instantiating fault, so we need
684                  * to look twice if a mapped file page is used more
685                  * than once.
686                  *
687                  * Mark it and spare it for another trip around the
688                  * inactive list.  Another page table reference will
689                  * lead to its activation.
690                  *
691                  * Note: the mark is set for activated pages as well
692                  * so that recently deactivated but used pages are
693                  * quickly recovered.
694                  */
695                 SetPageReferenced(page);
696
697                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
698                         return PAGEREF_ACTIVATE;
699
700                 /*
701                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
702                  */
703                 if (vm_flags & VM_EXEC)
704                         return PAGEREF_ACTIVATE;
705
706                 return PAGEREF_KEEP;
707         }
708
709         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
710         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
711                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
712
713         return PAGEREF_RECLAIM;
714 }
715
716 /*
717  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
718  */
719 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
720                                       struct zone *zone,
721                                       struct scan_control *sc,
722                                       enum ttu_flags ttu_flags,
723                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
724                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
725                                       bool force_reclaim)
726 {
727         LIST_HEAD(ret_pages);
728         LIST_HEAD(free_pages);
729         int pgactivate = 0;
730         unsigned long nr_dirty = 0;
731         unsigned long nr_congested = 0;
732         unsigned long nr_reclaimed = 0;
733         unsigned long nr_writeback = 0;
734
735         cond_resched();
736
737         mem_cgroup_uncharge_start();
738         while (!list_empty(page_list)) {
739                 struct address_space *mapping;
740                 struct page *page;
741                 int may_enter_fs;
742                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
743
744                 cond_resched();
745
746                 page = lru_to_page(page_list);
747                 list_del(&page->lru);
748
749                 if (!trylock_page(page))
750                         goto keep;
751
752                 VM_BUG_ON(PageActive(page));
753                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
754
755                 sc->nr_scanned++;
756
757                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
758                         goto cull_mlocked;
759
760                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
761                         goto keep_locked;
762
763                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
764                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
765                         sc->nr_scanned++;
766
767                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
768                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
769
770                 if (PageWriteback(page)) {
771                         /*
772                          * memcg doesn't have any dirty pages throttling so we
773                          * could easily OOM just because too many pages are in
774                          * writeback and there is nothing else to reclaim.
775                          *
776                          * Require may_enter_fs to wait on writeback, because
777                          * fs may not have submitted IO yet. And a loop driver
778                          * thread might enter reclaim, and deadlock if it waits
779                          * on a page for which it is needed to do the write
780                          * (loop masks off __GFP_IO|__GFP_FS for this reason);
781                          * but more thought would probably show more reasons.
782                          */
783                         if (global_reclaim(sc) ||
784                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
785                                 /*
786                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
787                                  * might have just cleared PageReclaim, then
788                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
789                                  * as PageReadahead - but that does not matter
790                                  * enough to care.  What we do want is for this
791                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
792                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
793                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
794                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
795                                  */
796                                 SetPageReclaim(page);
797                                 nr_writeback++;
798                                 goto keep_locked;
799                         }
800                         wait_on_page_writeback(page);
801                 }
802
803                 if (!force_reclaim)
804                         references = page_check_references(page, sc);
805
806                 switch (references) {
807                 case PAGEREF_ACTIVATE:
808                         goto activate_locked;
809                 case PAGEREF_KEEP:
810                         goto keep_locked;
811                 case PAGEREF_RECLAIM:
812                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
813                         ; /* try to reclaim the page below */
814                 }
815
816                 /*
817                  * Anonymous process memory has backing store?
818                  * Try to allocate it some swap space here.
819                  */
820                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
821                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
822                                 goto keep_locked;
823                         if (!add_to_swap(page, page_list))
824                                 goto activate_locked;
825                         may_enter_fs = 1;
826                 }
827
828                 mapping = page_mapping(page);
829
830                 /*
831                  * The page is mapped into the page tables of one or more
832                  * processes. Try to unmap it here.
833                  */
834                 if (page_mapped(page) && mapping) {
835                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
836                         case SWAP_FAIL:
837                                 goto activate_locked;
838                         case SWAP_AGAIN:
839                                 goto keep_locked;
840                         case SWAP_MLOCK:
841                                 goto cull_mlocked;
842                         case SWAP_SUCCESS:
843                                 ; /* try to free the page below */
844                         }
845                 }
846
847                 if (PageDirty(page)) {
848                         nr_dirty++;
849
850                         /*
851                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
852                          * avoid risk of stack overflow but do not writeback
853                          * unless under significant pressure.
854                          */
855                         if (page_is_file_cache(page) &&
856                                         (!current_is_kswapd() ||
857                                          sc->priority >= DEF_PRIORITY - 2)) {
858                                 /*
859                                  * Immediately reclaim when written back.
860                                  * Similar in principal to deactivate_page()
861                                  * except we already have the page isolated
862                                  * and know it's dirty
863                                  */
864                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
865                                 SetPageReclaim(page);
866
867                                 goto keep_locked;
868                         }
869
870                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
871                                 goto keep_locked;
872                         if (!may_enter_fs)
873                                 goto keep_locked;
874                         if (!sc->may_writepage)
875                                 goto keep_locked;
876
877                         /* Page is dirty, try to write it out here */
878                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
879                         case PAGE_KEEP:
880                                 nr_congested++;
881                                 goto keep_locked;
882                         case PAGE_ACTIVATE:
883                                 goto activate_locked;
884                         case PAGE_SUCCESS:
885                                 if (PageWriteback(page))
886                                         goto keep;
887                                 if (PageDirty(page))
888                                         goto keep;
889
890                                 /*
891                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
892                                  * ahead and try to reclaim the page.
893                                  */
894                                 if (!trylock_page(page))
895                                         goto keep;
896                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
897                                         goto keep_locked;
898                                 mapping = page_mapping(page);
899                         case PAGE_CLEAN:
900                                 ; /* try to free the page below */
901                         }
902                 }
903
904                 /*
905                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
906                  * associated with this page. If we succeed we try to free
907                  * the page as well.
908                  *
909                  * We do this even if the page is PageDirty().
910                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
911                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
912                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
913                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
914                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
915                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
916                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
917                  *
918                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
919                  * the pages which were not successfully invalidated in
920                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
921                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
922                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
923                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
924                  */
925                 if (page_has_private(page)) {
926                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
927                                 goto activate_locked;
928                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
929                                 unlock_page(page);
930                                 if (put_page_testzero(page))
931                                         goto free_it;
932                                 else {
933                                         /*
934                                          * rare race with speculative reference.
935                                          * the speculative reference will free
936                                          * this page shortly, so we may
937                                          * increment nr_reclaimed here (and
938                                          * leave it off the LRU).
939                                          */
940                                         nr_reclaimed++;
941                                         continue;
942                                 }
943                         }
944                 }
945
946                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page))
947                         goto keep_locked;
948
949                 /*
950                  * At this point, we have no other references and there is
951                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
952                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
953                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
954                  * waiting on the page lock, because there are no references.
955                  */
956                 __clear_page_locked(page);
957 free_it:
958                 nr_reclaimed++;
959
960                 /*
961                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
962                  * appear not as the counts should be low
963                  */
964                 list_add(&page->lru, &free_pages);
965                 continue;
966
967 cull_mlocked:
968                 if (PageSwapCache(page))
969                         try_to_free_swap(page);
970                 unlock_page(page);
971                 putback_lru_page(page);
972                 continue;
973
974 activate_locked:
975                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
976                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
977                         try_to_free_swap(page);
978                 VM_BUG_ON(PageActive(page));
979                 SetPageActive(page);
980                 pgactivate++;
981 keep_locked:
982                 unlock_page(page);
983 keep:
984                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
985                 VM_BUG_ON(PageLRU(page) || PageUnevictable(page));
986         }
987
988         /*
989          * Tag a zone as congested if all the dirty pages encountered were
990          * backed by a congested BDI. In this case, reclaimers should just
991          * back off and wait for congestion to clear because further reclaim
992          * will encounter the same problem
993          */
994         if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested && global_reclaim(sc))
995                 zone_set_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
996
997         free_hot_cold_page_list(&free_pages, 1);
998
999         list_splice(&ret_pages, page_list);
1000         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1001         mem_cgroup_uncharge_end();
1002         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1003         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1004         return nr_reclaimed;
1005 }
1006
1007 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1008                                             struct list_head *page_list)
1009 {
1010         struct scan_control sc = {
1011                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1012                 .priority = DEF_PRIORITY,
1013                 .may_unmap = 1,
1014         };
1015         unsigned long ret, dummy1, dummy2;
1016         struct page *page, *next;
1017         LIST_HEAD(clean_pages);
1018
1019         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1020                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1021                     !isolated_balloon_page(page)) {
1022                         ClearPageActive(page);
1023                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1024                 }
1025         }
1026
1027         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1028                                 TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1029                                 &dummy1, &dummy2, true);
1030         list_splice(&clean_pages, page_list);
1031         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1032         return ret;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1037  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1038  * freed elsewhere are also ignored.
1039  *
1040  * page:        page to consider
1041  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1042  *
1043  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1044  */
1045 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1046 {
1047         int ret = -EINVAL;
1048
1049         /* Only take pages on the LRU. */
1050         if (!PageLRU(page))
1051                 return ret;
1052
1053         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1054         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1055                 return ret;
1056
1057         ret = -EBUSY;
1058
1059         /*
1060          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1061          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1062          * blocking - clean pages for the most part.
1063          *
1064          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1065          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1066          *
1067          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1068          * that it is possible to migrate without blocking
1069          */
1070         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1071                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1072                 if (PageWriteback(page))
1073                         return ret;
1074
1075                 if (PageDirty(page)) {
1076                         struct address_space *mapping;
1077
1078                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1079                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1080                                 return ret;
1081
1082                         /*
1083                          * Only pages without mappings or that have a
1084                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1085                          * without blocking
1086                          */
1087                         mapping = page_mapping(page);
1088                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1089                                 return ret;
1090                 }
1091         }
1092
1093         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1094                 return ret;
1095
1096         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1097                 /*
1098                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1099                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1100                  * page release code relies on it.
1101                  */
1102                 ClearPageLRU(page);
1103                 ret = 0;
1104         }
1105
1106         return ret;
1107 }
1108
1109 /*
1110  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1111  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1112  * and working on them outside the LRU lock.
1113  *
1114  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1115  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1116  *
1117  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1118  *
1119  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1120  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1121  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1122  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1123  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1124  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1125  * @lru:        LRU list id for isolating
1126  *
1127  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1128  */
1129 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1130                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1131                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1132                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1133 {
1134         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1135         unsigned long nr_taken = 0;
1136         unsigned long scan;
1137
1138         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1139                 struct page *page;
1140                 int nr_pages;
1141
1142                 page = lru_to_page(src);
1143                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1144
1145                 VM_BUG_ON(!PageLRU(page));
1146
1147                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1148                 case 0:
1149                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1150                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1151                         list_move(&page->lru, dst);
1152                         nr_taken += nr_pages;
1153                         break;
1154
1155                 case -EBUSY:
1156                         /* else it is being freed elsewhere */
1157                         list_move(&page->lru, src);
1158                         continue;
1159
1160                 default:
1161                         BUG();
1162                 }
1163         }
1164
1165         *nr_scanned = scan;
1166         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1167                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1168         return nr_taken;
1169 }
1170
1171 /**
1172  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1173  * @page: page to isolate from its LRU list
1174  *
1175  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1176  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1177  *
1178  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1179  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1180  *
1181  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1182  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1183  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1184  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1185  *
1186  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1187  * found will be decremented.
1188  *
1189  * Restrictions:
1190  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1191  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1192  *     without a stable reference).
1193  * (2) the lru_lock must not be held.
1194  * (3) interrupts must be enabled.
1195  */
1196 int isolate_lru_page(struct page *page)
1197 {
1198         int ret = -EBUSY;
1199
1200         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1201
1202         if (PageLRU(page)) {
1203                 struct zone *zone = page_zone(page);
1204                 struct lruvec *lruvec;
1205
1206                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1207                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1208                 if (PageLRU(page)) {
1209                         int lru = page_lru(page);
1210                         get_page(page);
1211                         ClearPageLRU(page);
1212                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1213                         ret = 0;
1214                 }
1215                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1216         }
1217         return ret;
1218 }
1219
1220 /*
1221  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1222  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1223  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1224  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1225  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1226  */
1227 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1228                 struct scan_control *sc)
1229 {
1230         unsigned long inactive, isolated;
1231
1232         if (current_is_kswapd())
1233                 return 0;
1234
1235         if (!global_reclaim(sc))
1236                 return 0;
1237
1238         if (file) {
1239                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1240                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1241         } else {
1242                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1243                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1244         }
1245
1246         /*
1247          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1248          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1249          * deadlock.
1250          */
1251         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1252                 inactive >>= 3;
1253
1254         return isolated > inactive;
1255 }
1256
1257 static noinline_for_stack void
1258 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1259 {
1260         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1261         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1262         LIST_HEAD(pages_to_free);
1263
1264         /*
1265          * Put back any unfreeable pages.
1266          */
1267         while (!list_empty(page_list)) {
1268                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1269                 int lru;
1270
1271                 VM_BUG_ON(PageLRU(page));
1272                 list_del(&page->lru);
1273                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1274                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1275                         putback_lru_page(page);
1276                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1277                         continue;
1278                 }
1279
1280                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1281
1282                 SetPageLRU(page);
1283                 lru = page_lru(page);
1284                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1285
1286                 if (is_active_lru(lru)) {
1287                         int file = is_file_lru(lru);
1288                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1289                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1290                 }
1291                 if (put_page_testzero(page)) {
1292                         __ClearPageLRU(page);
1293                         __ClearPageActive(page);
1294                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1295
1296                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1297                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1298                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1299                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1300                         } else
1301                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1302                 }
1303         }
1304
1305         /*
1306          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1307          */
1308         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1309 }
1310
1311 /*
1312  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1313  * of reclaimed pages
1314  */
1315 static noinline_for_stack unsigned long
1316 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1317                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1318 {
1319         LIST_HEAD(page_list);
1320         unsigned long nr_scanned;
1321         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1322         unsigned long nr_taken;
1323         unsigned long nr_dirty = 0;
1324         unsigned long nr_writeback = 0;
1325         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1326         int file = is_file_lru(lru);
1327         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1328         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1329
1330         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1331                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1332
1333                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1334                 if (fatal_signal_pending(current))
1335                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1336         }
1337
1338         lru_add_drain();
1339
1340         if (!sc->may_unmap)
1341                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1342         if (!sc->may_writepage)
1343                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1344
1345         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1346
1347         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1348                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1349
1350         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1351         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1352
1353         if (global_reclaim(sc)) {
1354                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1355                 if (current_is_kswapd())
1356                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1357                 else
1358                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1359         }
1360         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1361
1362         if (nr_taken == 0)
1363                 return 0;
1364
1365         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1366                                         &nr_dirty, &nr_writeback, false);
1367
1368         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1369
1370         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1371
1372         if (global_reclaim(sc)) {
1373                 if (current_is_kswapd())
1374                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1375                                                nr_reclaimed);
1376                 else
1377                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1378                                                nr_reclaimed);
1379         }
1380
1381         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1382
1383         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1384
1385         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1386
1387         free_hot_cold_page_list(&page_list, 1);
1388
1389         /*
1390          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1391          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1392          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1393          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1394          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1395          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1396          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1397          * same way balance_dirty_pages() manages.
1398          *
1399          * This scales the number of dirty pages that must be under writeback
1400          * before throttling depending on priority. It is a simple backoff
1401          * function that has the most effect in the range DEF_PRIORITY to
1402          * DEF_PRIORITY-2 which is the priority reclaim is considered to be
1403          * in trouble and reclaim is considered to be in trouble.
1404          *
1405          * DEF_PRIORITY   100% isolated pages must be PageWriteback to throttle
1406          * DEF_PRIORITY-1  50% must be PageWriteback
1407          * DEF_PRIORITY-2  25% must be PageWriteback, kswapd in trouble
1408          * ...
1409          * DEF_PRIORITY-6 For SWAP_CLUSTER_MAX isolated pages, throttle if any
1410          *                     isolated page is PageWriteback
1411          */
1412         if (nr_writeback && nr_writeback >=
1413                         (nr_taken >> (DEF_PRIORITY - sc->priority)))
1414                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1415
1416         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1417                 zone_idx(zone),
1418                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1419                 sc->priority,
1420                 trace_shrink_flags(file));
1421         return nr_reclaimed;
1422 }
1423
1424 /*
1425  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1426  *
1427  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1428  * processes, from rmap.
1429  *
1430  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1431  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1432  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1433  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1434  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1435  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1436  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1437  *
1438  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1439  * But we had to alter page->flags anyway.
1440  */
1441
1442 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1443                                      struct list_head *list,
1444                                      struct list_head *pages_to_free,
1445                                      enum lru_list lru)
1446 {
1447         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1448         unsigned long pgmoved = 0;
1449         struct page *page;
1450         int nr_pages;
1451
1452         while (!list_empty(list)) {
1453                 page = lru_to_page(list);
1454                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1455
1456                 VM_BUG_ON(PageLRU(page));
1457                 SetPageLRU(page);
1458
1459                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1460                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1461                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1462                 pgmoved += nr_pages;
1463
1464                 if (put_page_testzero(page)) {
1465                         __ClearPageLRU(page);
1466                         __ClearPageActive(page);
1467                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1468
1469                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1470                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1471                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1472                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1473                         } else
1474                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1475                 }
1476         }
1477         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1478         if (!is_active_lru(lru))
1479                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1480 }
1481
1482 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1483                                struct lruvec *lruvec,
1484                                struct scan_control *sc,
1485                                enum lru_list lru)
1486 {
1487         unsigned long nr_taken;
1488         unsigned long nr_scanned;
1489         unsigned long vm_flags;
1490         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1491         LIST_HEAD(l_active);
1492         LIST_HEAD(l_inactive);
1493         struct page *page;
1494         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1495         unsigned long nr_rotated = 0;
1496         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1497         int file = is_file_lru(lru);
1498         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1499
1500         lru_add_drain();
1501
1502         if (!sc->may_unmap)
1503                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1504         if (!sc->may_writepage)
1505                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1506
1507         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1508
1509         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1510                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1511         if (global_reclaim(sc))
1512                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1513
1514         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1515
1516         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1517         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1518         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1519         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1520
1521         while (!list_empty(&l_hold)) {
1522                 cond_resched();
1523                 page = lru_to_page(&l_hold);
1524                 list_del(&page->lru);
1525
1526                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1527                         putback_lru_page(page);
1528                         continue;
1529                 }
1530
1531                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1532                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1533                                 if (page_has_private(page))
1534                                         try_to_release_page(page, 0);
1535                                 unlock_page(page);
1536                         }
1537                 }
1538
1539                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1540                                     &vm_flags)) {
1541                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1542                         /*
1543                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1544                          * give them one more trip around the active list. So
1545                          * that executable code get better chances to stay in
1546                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1547                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1548                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1549                          * so we ignore them here.
1550                          */
1551                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1552                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1553                                 continue;
1554                         }
1555                 }
1556
1557                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1558                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1559         }
1560
1561         /*
1562          * Move pages back to the lru list.
1563          */
1564         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1565         /*
1566          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1567          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1568          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1569          * get_scan_ratio.
1570          */
1571         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1572
1573         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1574         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1575         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1576         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1577
1578         free_hot_cold_page_list(&l_hold, 1);
1579 }
1580
1581 #ifdef CONFIG_SWAP
1582 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1583 {
1584         unsigned long active, inactive;
1585
1586         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1587         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1588
1589         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1590                 return 1;
1591
1592         return 0;
1593 }
1594
1595 /**
1596  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1597  * @lruvec: LRU vector to check
1598  *
1599  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1600  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1601  */
1602 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1603 {
1604         /*
1605          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1606          * is pointless.
1607          */
1608         if (!total_swap_pages)
1609                 return 0;
1610
1611         if (!mem_cgroup_disabled())
1612                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1613
1614         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1615 }
1616 #else
1617 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1618 {
1619         return 0;
1620 }
1621 #endif
1622
1623 /**
1624  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1625  * @lruvec: LRU vector to check
1626  *
1627  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1628  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1629  * than half of the file pages are on the inactive list.
1630  *
1631  * Once we get to that situation, protect the system's working
1632  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1633  *
1634  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1635  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1636  */
1637 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1638 {
1639         unsigned long inactive;
1640         unsigned long active;
1641
1642         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1643         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1644
1645         return active > inactive;
1646 }
1647
1648 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1649 {
1650         if (is_file_lru(lru))
1651                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1652         else
1653                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1654 }
1655
1656 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1657                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1658 {
1659         if (is_active_lru(lru)) {
1660                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1661                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1662                 return 0;
1663         }
1664
1665         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1666 }
1667
1668 static int vmscan_swappiness(struct scan_control *sc)
1669 {
1670         if (global_reclaim(sc))
1671                 return vm_swappiness;
1672         return mem_cgroup_swappiness(sc->target_mem_cgroup);
1673 }
1674
1675 enum scan_balance {
1676         SCAN_EQUAL,
1677         SCAN_FRACT,
1678         SCAN_ANON,
1679         SCAN_FILE,
1680 };
1681
1682 /*
1683  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1684  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1685  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1686  * onto the active list instead of evict.
1687  *
1688  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1689  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1690  */
1691 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
1692                            unsigned long *nr)
1693 {
1694         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1695         u64 fraction[2];
1696         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1697         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1698         unsigned long anon_prio, file_prio;
1699         enum scan_balance scan_balance;
1700         unsigned long anon, file, free;
1701         bool force_scan = false;
1702         unsigned long ap, fp;
1703         enum lru_list lru;
1704
1705         /*
1706          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1707          * results in no scanning on this priority and a potential
1708          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1709          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1710          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1711          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1712          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1713          * well.
1714          */
1715         if (current_is_kswapd() && zone->all_unreclaimable)
1716                 force_scan = true;
1717         if (!global_reclaim(sc))
1718                 force_scan = true;
1719
1720         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1721         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1722                 scan_balance = SCAN_FILE;
1723                 goto out;
1724         }
1725
1726         /*
1727          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1728          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1729          * disable swapping for individual groups completely when
1730          * using the memory controller's swap limit feature would be
1731          * too expensive.
1732          */
1733         if (!global_reclaim(sc) && !vmscan_swappiness(sc)) {
1734                 scan_balance = SCAN_FILE;
1735                 goto out;
1736         }
1737
1738         /*
1739          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1740          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1741          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1742          */
1743         if (!sc->priority && vmscan_swappiness(sc)) {
1744                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1745                 goto out;
1746         }
1747
1748         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
1749                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
1750         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
1751                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1752
1753         /*
1754          * If it's foreseeable that reclaiming the file cache won't be
1755          * enough to get the zone back into a desirable shape, we have
1756          * to swap.  Better start now and leave the - probably heavily
1757          * thrashing - remaining file pages alone.
1758          */
1759         if (global_reclaim(sc)) {
1760                 free = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1761                 if (unlikely(file + free <= high_wmark_pages(zone))) {
1762                         scan_balance = SCAN_ANON;
1763                         goto out;
1764                 }
1765         }
1766
1767         /*
1768          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
1769          * anything from the anonymous working set right now.
1770          */
1771         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
1772                 scan_balance = SCAN_FILE;
1773                 goto out;
1774         }
1775
1776         scan_balance = SCAN_FRACT;
1777
1778         /*
1779          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
1780          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
1781          */
1782         anon_prio = vmscan_swappiness(sc);
1783         file_prio = 200 - anon_prio;
1784
1785         /*
1786          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
1787          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
1788          * ratios to determine how valuable each cache is.
1789          *
1790          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
1791          * we keep these statistics as a floating average, which ends
1792          * up weighing recent references more than old ones.
1793          *
1794          * anon in [0], file in [1]
1795          */
1796         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1797         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
1798                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
1799                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
1800         }
1801
1802         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
1803                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
1804                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
1805         }
1806
1807         /*
1808          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
1809          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
1810          * each list that were recently referenced and in active use.
1811          */
1812         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
1813         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
1814
1815         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
1816         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
1817         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1818
1819         fraction[0] = ap;
1820         fraction[1] = fp;
1821         denominator = ap + fp + 1;
1822 out:
1823         for_each_evictable_lru(lru) {
1824                 int file = is_file_lru(lru);
1825                 unsigned long size;
1826                 unsigned long scan;
1827
1828                 size = get_lru_size(lruvec, lru);
1829                 scan = size >> sc->priority;
1830
1831                 if (!scan && force_scan)
1832                         scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
1833
1834                 switch (scan_balance) {
1835                 case SCAN_EQUAL:
1836                         /* Scan lists relative to size */
1837                         break;
1838                 case SCAN_FRACT:
1839                         /*
1840                          * Scan types proportional to swappiness and
1841                          * their relative recent reclaim efficiency.
1842                          */
1843                         scan = div64_u64(scan * fraction[file], denominator);
1844                         break;
1845                 case SCAN_FILE:
1846                 case SCAN_ANON:
1847                         /* Scan one type exclusively */
1848                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
1849                                 scan = 0;
1850                         break;
1851                 default:
1852                         /* Look ma, no brain */
1853                         BUG();
1854                 }
1855                 nr[lru] = scan;
1856         }
1857 }
1858
1859 /*
1860  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
1861  */
1862 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1863 {
1864         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
1865         unsigned long nr_to_scan;
1866         enum lru_list lru;
1867         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1868         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
1869         struct blk_plug plug;
1870
1871         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
1872
1873         blk_start_plug(&plug);
1874         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
1875                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
1876                 for_each_evictable_lru(lru) {
1877                         if (nr[lru]) {
1878                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
1879                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
1880
1881                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
1882                                                             lruvec, sc);
1883                         }
1884                 }
1885                 /*
1886                  * On large memory systems, scan >> priority can become
1887                  * really large. This is fine for the starting priority;
1888                  * we want to put equal scanning pressure on each zone.
1889                  * However, if the VM has a harder time of freeing pages,
1890                  * with multiple processes reclaiming pages, the total
1891                  * freeing target can get unreasonably large.
1892                  */
1893                 if (nr_reclaimed >= nr_to_reclaim &&
1894                     sc->priority < DEF_PRIORITY)
1895                         break;
1896         }
1897         blk_finish_plug(&plug);
1898         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
1899
1900         /*
1901          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
1902          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
1903          */
1904         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
1905                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
1906                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
1907
1908         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
1909 }
1910
1911 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
1912 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
1913 {
1914         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
1915                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
1916                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
1917                 return true;
1918
1919         return false;
1920 }
1921
1922 /*
1923  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
1924  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
1925  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
1926  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
1927  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
1928  */
1929 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
1930                                         unsigned long nr_reclaimed,
1931                                         unsigned long nr_scanned,
1932                                         struct scan_control *sc)
1933 {
1934         unsigned long pages_for_compaction;
1935         unsigned long inactive_lru_pages;
1936
1937         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
1938         if (!in_reclaim_compaction(sc))
1939                 return false;
1940
1941         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
1942         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
1943                 /*
1944                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
1945                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
1946                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
1947                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
1948                  */
1949                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
1950                         return false;
1951         } else {
1952                 /*
1953                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
1954                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
1955                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
1956                  * pages that were scanned. This will return to the
1957                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
1958                  * the resulting allocation attempt fails
1959                  */
1960                 if (!nr_reclaimed)
1961                         return false;
1962         }
1963
1964         /*
1965          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
1966          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
1967          */
1968         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
1969         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1970         if (get_nr_swap_pages() > 0)
1971                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1972         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
1973                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
1974                 return true;
1975
1976         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
1977         switch (compaction_suitable(zone, sc->order)) {
1978         case COMPACT_PARTIAL:
1979         case COMPACT_CONTINUE:
1980                 return false;
1981         default:
1982                 return true;
1983         }
1984 }
1985
1986 static void shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
1987 {
1988         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
1989
1990         do {
1991                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
1992                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
1993                         .zone = zone,
1994                         .priority = sc->priority,
1995                 };
1996                 struct mem_cgroup *memcg;
1997
1998                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
1999                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2000
2001                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2002                 do {
2003                         struct lruvec *lruvec;
2004
2005                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2006
2007                         shrink_lruvec(lruvec, sc);
2008
2009                         /*
2010                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2011                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2012                          * zone.
2013                          *
2014                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2015                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2016                          * retry with decreasing priority if one round over the
2017                          * whole hierarchy is not sufficient.
2018                          */
2019                         if (!global_reclaim(sc) &&
2020                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2021                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2022                                 break;
2023                         }
2024                         memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim);
2025                 } while (memcg);
2026
2027                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2028                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2029                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2030
2031         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2032                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2033 }
2034
2035 /* Returns true if compaction should go ahead for a high-order request */
2036 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2037 {
2038         unsigned long balance_gap, watermark;
2039         bool watermark_ok;
2040
2041         /* Do not consider compaction for orders reclaim is meant to satisfy */
2042         if (sc->order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2043                 return false;
2044
2045         /*
2046          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2047          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2048          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2049          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2050          */
2051         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone),
2052                 (zone->managed_pages + KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO-1) /
2053                         KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO);
2054         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << sc->order);
2055         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2056
2057         /*
2058          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2059          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2060          */
2061         if (compaction_deferred(zone, sc->order))
2062                 return watermark_ok;
2063
2064         /* If compaction is not ready to start, keep reclaiming */
2065         if (!compaction_suitable(zone, sc->order))
2066                 return false;
2067
2068         return watermark_ok;
2069 }
2070
2071 /*
2072  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2073  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2074  * request.
2075  *
2076  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2077  * Because:
2078  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2079  *    allocation or
2080  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2081  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2082  *    zone defense algorithm.
2083  *
2084  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2085  * scan then give up on it.
2086  *
2087  * This function returns true if a zone is being reclaimed for a costly
2088  * high-order allocation and compaction is ready to begin. This indicates to
2089  * the caller that it should consider retrying the allocation instead of
2090  * further reclaim.
2091  */
2092 static bool shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2093 {
2094         struct zoneref *z;
2095         struct zone *zone;
2096         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2097         unsigned long nr_soft_scanned;
2098         bool aborted_reclaim = false;
2099
2100         /*
2101          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2102          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2103          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2104          */
2105         if (buffer_heads_over_limit)
2106                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2107
2108         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2109                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2110                 if (!populated_zone(zone))
2111                         continue;
2112                 /*
2113                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2114                  * to global LRU.
2115                  */
2116                 if (global_reclaim(sc)) {
2117                         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2118                                 continue;
2119                         if (zone->all_unreclaimable &&
2120                                         sc->priority != DEF_PRIORITY)
2121                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2122                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION)) {
2123                                 /*
2124                                  * If we already have plenty of memory free for
2125                                  * compaction in this zone, don't free any more.
2126                                  * Even though compaction is invoked for any
2127                                  * non-zero order, only frequent costly order
2128                                  * reclamation is disruptive enough to become a
2129                                  * noticeable problem, like transparent huge
2130                                  * page allocations.
2131                                  */
2132                                 if (compaction_ready(zone, sc)) {
2133                                         aborted_reclaim = true;
2134                                         continue;
2135                                 }
2136                         }
2137                         /*
2138                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2139                          * and returns the number of reclaimed pages and
2140                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2141                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2142                          */
2143                         nr_soft_scanned = 0;
2144                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2145                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2146                                                 &nr_soft_scanned);
2147                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2148                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2149                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2150                 }
2151
2152                 shrink_zone(zone, sc);
2153         }
2154
2155         return aborted_reclaim;
2156 }
2157
2158 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
2159 {
2160         int nr;
2161
2162         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
2163              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2164
2165         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2166                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
2167                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2168
2169         return nr;
2170 }
2171
2172 static bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
2173 {
2174         return zone->pages_scanned < zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
2175 }
2176
2177 /* All zones in zonelist are unreclaimable? */
2178 static bool all_unreclaimable(struct zonelist *zonelist,
2179                 struct scan_control *sc)
2180 {
2181         struct zoneref *z;
2182         struct zone *zone;
2183
2184         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2185                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2186                 if (!populated_zone(zone))
2187                         continue;
2188                 if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2189                         continue;
2190                 if (!zone->all_unreclaimable)
2191                         return false;
2192         }
2193
2194         return true;
2195 }
2196
2197 /*
2198  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2199  *
2200  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2201  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2202  *
2203  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2204  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2205  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2206  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2207  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2208  * work, and the allocation attempt will fail.
2209  *
2210  * returns:     0, if no pages reclaimed
2211  *              else, the number of pages reclaimed
2212  */
2213 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2214                                         struct scan_control *sc,
2215                                         struct shrink_control *shrink)
2216 {
2217         unsigned long total_scanned = 0;
2218         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2219         struct zoneref *z;
2220         struct zone *zone;
2221         unsigned long writeback_threshold;
2222         bool aborted_reclaim;
2223
2224         delayacct_freepages_start();
2225
2226         if (global_reclaim(sc))
2227                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2228
2229         do {
2230                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2231                                 sc->priority);
2232                 sc->nr_scanned = 0;
2233                 aborted_reclaim = shrink_zones(zonelist, sc);
2234
2235                 /*
2236                  * Don't shrink slabs when reclaiming memory from
2237                  * over limit cgroups
2238                  */
2239                 if (global_reclaim(sc)) {
2240                         unsigned long lru_pages = 0;
2241                         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist,
2242                                         gfp_zone(sc->gfp_mask)) {
2243                                 if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2244                                         continue;
2245
2246                                 lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
2247                         }
2248
2249                         shrink_slab(shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2250                         if (reclaim_state) {
2251                                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2252                                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2253                         }
2254                 }
2255                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2256                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2257                         goto out;
2258
2259                 /*
2260                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2261                  * writepage even in laptop mode.
2262                  */
2263                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2264                         sc->may_writepage = 1;
2265
2266                 /*
2267                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2268                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2269                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2270                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2271                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2272                  */
2273                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2274                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2275                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2276                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2277                         sc->may_writepage = 1;
2278                 }
2279
2280                 /* Take a nap, wait for some writeback to complete */
2281                 if (!sc->hibernation_mode && sc->nr_scanned &&
2282                     sc->priority < DEF_PRIORITY - 2) {
2283                         struct zone *preferred_zone;
2284
2285                         first_zones_zonelist(zonelist, gfp_zone(sc->gfp_mask),
2286                                                 &cpuset_current_mems_allowed,
2287                                                 &preferred_zone);
2288                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2289                 }
2290         } while (--sc->priority >= 0);
2291
2292 out:
2293         delayacct_freepages_end();
2294
2295         if (sc->nr_reclaimed)
2296                 return sc->nr_reclaimed;
2297
2298         /*
2299          * As hibernation is going on, kswapd is freezed so that it can't mark
2300          * the zone into all_unreclaimable. Thus bypassing all_unreclaimable
2301          * check.
2302          */
2303         if (oom_killer_disabled)
2304                 return 0;
2305
2306         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2307         if (aborted_reclaim)
2308                 return 1;
2309
2310         /* top priority shrink_zones still had more to do? don't OOM, then */
2311         if (global_reclaim(sc) && !all_unreclaimable(zonelist, sc))
2312                 return 1;
2313
2314         return 0;
2315 }
2316
2317 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2318 {
2319         struct zone *zone;
2320         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2321         unsigned long free_pages = 0;
2322         int i;
2323         bool wmark_ok;
2324
2325         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2326                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2327                 if (!populated_zone(zone))
2328                         continue;
2329
2330                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2331                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2332         }
2333
2334         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2335         if (!pfmemalloc_reserve)
2336                 return true;
2337
2338         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2339
2340         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2341         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2342                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2343                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2344                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2345         }
2346
2347         return wmark_ok;
2348 }
2349
2350 /*
2351  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2352  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2353  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2354  * when the low watermark is reached.
2355  *
2356  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2357  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2358  */
2359 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2360                                         nodemask_t *nodemask)
2361 {
2362         struct zoneref *z;
2363         struct zone *zone;
2364         pg_data_t *pgdat = NULL;
2365
2366         /*
2367          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2368          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2369          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2370          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2371          * processes to block on log_wait_commit().
2372          */
2373         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2374                 goto out;
2375
2376         /*
2377          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2378          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2379          */
2380         if (fatal_signal_pending(current))
2381                 goto out;
2382
2383         /*
2384          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2385          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2386          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2387          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2388          *
2389          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2390          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2391          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2392          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2393          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2394          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2395          * should make reasonable progress.
2396          */
2397         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2398                                         gfp_mask, nodemask) {
2399                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2400                         continue;
2401
2402                 /* Throttle based on the first usable node */
2403                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2404                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2405                         goto out;
2406                 break;
2407         }
2408
2409         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2410         if (!pgdat)
2411                 goto out;
2412
2413         /* Account for the throttling */
2414         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2415
2416         /*
2417          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2418          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2419          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2420          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2421          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2422          * second before continuing.
2423          */
2424         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2425                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2426                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2427
2428                 goto check_pending;
2429         }
2430
2431         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2432         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2433                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2434
2435 check_pending:
2436         if (fatal_signal_pending(current))
2437                 return true;
2438
2439 out:
2440         return false;
2441 }
2442
2443 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2444                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2445 {
2446         unsigned long nr_reclaimed;
2447         struct scan_control sc = {
2448                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2449                 .may_writepage = !laptop_mode,
2450                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2451                 .may_unmap = 1,
2452                 .may_swap = 1,
2453                 .order = order,
2454                 .priority = DEF_PRIORITY,
2455                 .target_mem_cgroup = NULL,
2456                 .nodemask = nodemask,
2457         };
2458         struct shrink_control shrink = {
2459                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
2460         };
2461
2462         /*
2463          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2464          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2465          * point.
2466          */
2467         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2468                 return 1;
2469
2470         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2471                                 sc.may_writepage,
2472                                 gfp_mask);
2473
2474         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc, &shrink);
2475
2476         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2477
2478         return nr_reclaimed;
2479 }
2480
2481 #ifdef CONFIG_MEMCG
2482
2483 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2484                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2485                                                 struct zone *zone,
2486                                                 unsigned long *nr_scanned)
2487 {
2488         struct scan_control sc = {
2489                 .nr_scanned = 0,
2490                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2491                 .may_writepage = !laptop_mode,
2492                 .may_unmap = 1,
2493                 .may_swap = !noswap,
2494                 .order = 0,
2495                 .priority = 0,
2496                 .target_mem_cgroup = memcg,
2497         };
2498         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2499
2500         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2501                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2502
2503         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2504                                                       sc.may_writepage,
2505                                                       sc.gfp_mask);
2506
2507         /*
2508          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2509          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2510          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2511          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2512          * the priority and make it zero.
2513          */
2514         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
2515
2516         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2517
2518         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2519         return sc.nr_reclaimed;
2520 }
2521
2522 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2523                                            gfp_t gfp_mask,
2524                                            bool noswap)
2525 {
2526         struct zonelist *zonelist;
2527         unsigned long nr_reclaimed;
2528         int nid;
2529         struct scan_control sc = {
2530                 .may_writepage = !laptop_mode,
2531                 .may_unmap = 1,
2532                 .may_swap = !noswap,
2533                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2534                 .order = 0,
2535                 .priority = DEF_PRIORITY,
2536                 .target_mem_cgroup = memcg,
2537                 .nodemask = NULL, /* we don't care the placement */
2538                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2539                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2540         };
2541         struct shrink_control shrink = {
2542                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
2543         };
2544
2545         /*
2546          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2547          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2548          * scan does not need to be the current node.
2549          */
2550         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2551
2552         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2553
2554         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2555                                             sc.may_writepage,
2556                                             sc.gfp_mask);
2557
2558         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc, &shrink);
2559
2560         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2561
2562         return nr_reclaimed;
2563 }
2564 #endif
2565
2566 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2567 {
2568         struct mem_cgroup *memcg;
2569
2570         if (!total_swap_pages)
2571                 return;
2572
2573         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2574         do {
2575                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2576
2577                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2578                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2579                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2580
2581                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2582         } while (memcg);
2583 }
2584
2585 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2586                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2587 {
2588         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2589                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2590                 return false;
2591
2592         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order &&
2593             !compaction_suitable(zone, order))
2594                 return false;
2595
2596         return true;
2597 }
2598
2599 /*
2600  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2601  *
2602  * For order-0, all zones must be balanced!
2603  *
2604  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2605  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2606  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2607  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2608  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2609  * imbalanced zones.
2610  * The choice of 25% is due to
2611  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2612  *     reasonable sized machine
2613  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2614  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2615  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2616  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2617  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2618  */
2619 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2620 {
2621         unsigned long managed_pages = 0;
2622         unsigned long balanced_pages = 0;
2623         int i;
2624
2625         /* Check the watermark levels */
2626         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2627                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2628
2629                 if (!populated_zone(zone))
2630                         continue;
2631
2632                 managed_pages += zone->managed_pages;
2633
2634                 /*
2635                  * A special case here:
2636                  *
2637                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2638                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2639                  * they must be considered balanced here as well!
2640                  */
2641                 if (zone->all_unreclaimable) {
2642                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2643                         continue;
2644                 }
2645
2646                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2647                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2648                 else if (!order)
2649                         return false;
2650         }
2651
2652         if (order)
2653                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2654         else
2655                 return true;
2656 }
2657
2658 /*
2659  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2660  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2661  *
2662  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2663  */
2664 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2665                                         int classzone_idx)
2666 {
2667         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2668         if (remaining)
2669                 return false;
2670
2671         /*
2672          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
2673          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
2674          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
2675          * throttled. There is also a potential race if processes get
2676          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
2677          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
2678          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
2679          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
2680          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
2681          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
2682          * that here we are under prepare_to_wait().
2683          */
2684         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
2685                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2686
2687         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
2688 }
2689
2690 /*
2691  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
2692  * they are all at high_wmark_pages(zone).
2693  *
2694  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
2695  *
2696  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
2697  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
2698  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
2699  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
2700  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
2701  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
2702  * the zone for when the problem goes away.
2703  *
2704  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
2705  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
2706  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
2707  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
2708  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
2709  * of pages is balanced across the zones.
2710  */
2711 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
2712                                                         int *classzone_idx)
2713 {
2714         bool pgdat_is_balanced = false;
2715         int i;
2716         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
2717         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2718         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2719         unsigned long nr_soft_scanned;
2720         struct scan_control sc = {
2721                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2722                 .may_unmap = 1,
2723                 .may_swap = 1,
2724                 /*
2725                  * kswapd doesn't want to be bailed out while reclaim. because
2726                  * we want to put equal scanning pressure on each zone.
2727                  */
2728                 .nr_to_reclaim = ULONG_MAX,
2729                 .order = order,
2730                 .target_mem_cgroup = NULL,
2731         };
2732         struct shrink_control shrink = {
2733                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
2734         };
2735 loop_again:
2736         sc.priority = DEF_PRIORITY;
2737         sc.nr_reclaimed = 0;
2738         sc.may_writepage = !laptop_mode;
2739         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
2740
2741         do {
2742                 unsigned long lru_pages = 0;
2743
2744                 /*
2745                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
2746                  * zone which needs scanning
2747                  */
2748                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
2749                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2750
2751                         if (!populated_zone(zone))
2752                                 continue;
2753
2754                         if (zone->all_unreclaimable &&
2755                             sc.priority != DEF_PRIORITY)
2756                                 continue;
2757
2758                         /*
2759                          * Do some background aging of the anon list, to give
2760                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
2761                          */
2762                         age_active_anon(zone, &sc);
2763
2764                         /*
2765                          * If the number of buffer_heads in the machine
2766                          * exceeds the maximum allowed level and this node
2767                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
2768                          * it to relieve lowmem pressure.
2769                          */
2770                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
2771                                 end_zone = i;
2772                                 break;
2773                         }
2774
2775                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
2776                                 end_zone = i;
2777                                 break;
2778                         } else {
2779                                 /* If balanced, clear the congested flag */
2780                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
2781                         }
2782                 }
2783
2784                 if (i < 0) {
2785                         pgdat_is_balanced = true;
2786                         goto out;
2787                 }
2788
2789                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
2790                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2791
2792                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
2793                 }
2794
2795                 /*
2796                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
2797                  * at the last zone which needs scanning.
2798                  *
2799                  * We do this because the page allocator works in the opposite
2800                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
2801                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
2802                  * cause too much scanning of the lower zones.
2803                  */
2804                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
2805                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2806                         int nr_slab, testorder;
2807                         unsigned long balance_gap;
2808
2809                         if (!populated_zone(zone))
2810                                 continue;
2811
2812                         if (zone->all_unreclaimable &&
2813                             sc.priority != DEF_PRIORITY)
2814                                 continue;
2815
2816                         sc.nr_scanned = 0;
2817
2818                         nr_soft_scanned = 0;
2819                         /*
2820                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
2821                          */
2822                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2823                                                         order, sc.gfp_mask,
2824                                                         &nr_soft_scanned);
2825                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2826
2827                         /*
2828                          * We put equal pressure on every zone, unless
2829                          * one zone has way too many pages free
2830                          * already. The "too many pages" is defined
2831                          * as the high wmark plus a "gap" where the
2832                          * gap is either the low watermark or 1%
2833                          * of the zone, whichever is smaller.
2834                          */
2835                         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone),
2836                                 (zone->managed_pages +
2837                                         KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO-1) /
2838                                 KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO);
2839                         /*
2840                          * Kswapd reclaims only single pages with compaction
2841                          * enabled. Trying too hard to reclaim until contiguous
2842                          * free pages have become available can hurt performance
2843                          * by evicting too much useful data from memory.
2844                          * Do not reclaim more than needed for compaction.
2845                          */
2846                         testorder = order;
2847                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order &&
2848                                         compaction_suitable(zone, order) !=
2849                                                 COMPACT_SKIPPED)
2850                                 testorder = 0;
2851
2852                         if ((buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) ||
2853                             !zone_balanced(zone, testorder,
2854                                            balance_gap, end_zone)) {
2855                                 shrink_zone(zone, &sc);
2856
2857                                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2858                                 nr_slab = shrink_slab(&shrink, sc.nr_scanned, lru_pages);
2859                                 sc.nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2860
2861                                 if (nr_slab == 0 && !zone_reclaimable(zone))
2862                                         zone->all_unreclaimable = 1;
2863                         }
2864
2865                         /*
2866                          * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2867                          * writepage even in laptop mode.
2868                          */
2869                         if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
2870                                 sc.may_writepage = 1;
2871
2872                         if (zone->all_unreclaimable) {
2873                                 if (end_zone && end_zone == i)
2874                                         end_zone--;
2875                                 continue;
2876                         }
2877
2878                         if (zone_balanced(zone, testorder, 0, end_zone))
2879                                 /*
2880                                  * If a zone reaches its high watermark,
2881                                  * consider it to be no longer congested. It's
2882                                  * possible there are dirty pages backed by
2883                                  * congested BDIs but as pressure is relieved,
2884                                  * speculatively avoid congestion waits
2885                                  */
2886                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
2887                 }
2888
2889                 /*
2890                  * If the low watermark is met there is no need for processes
2891                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
2892                  * able to safely make forward progress. Wake them
2893                  */
2894                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
2895                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2896                         wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2897
2898                 if (pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx)) {
2899                         pgdat_is_balanced = true;
2900                         break;          /* kswapd: all done */
2901                 }
2902
2903                 /*
2904                  * We do this so kswapd doesn't build up large priorities for
2905                  * example when it is freeing in parallel with allocators. It
2906                  * matches the direct reclaim path behaviour in terms of impact
2907                  * on zone->*_priority.
2908                  */
2909                 if (sc.nr_reclaimed >= SWAP_CLUSTER_MAX)
2910                         break;
2911         } while (--sc.priority >= 0);
2912
2913 out:
2914         if (!pgdat_is_balanced) {
2915                 cond_resched();
2916
2917                 try_to_freeze();
2918
2919                 /*
2920                  * Fragmentation may mean that the system cannot be
2921                  * rebalanced for high-order allocations in all zones.
2922                  * At this point, if nr_reclaimed < SWAP_CLUSTER_MAX,
2923                  * it means the zones have been fully scanned and are still
2924                  * not balanced. For high-order allocations, there is
2925                  * little point trying all over again as kswapd may
2926                  * infinite loop.
2927                  *
2928                  * Instead, recheck all watermarks at order-0 as they
2929                  * are the most important. If watermarks are ok, kswapd will go
2930                  * back to sleep. High-order users can still perform direct
2931                  * reclaim if they wish.
2932                  */
2933                 if (sc.nr_reclaimed < SWAP_CLUSTER_MAX)
2934                         order = sc.order = 0;
2935
2936                 goto loop_again;
2937         }
2938
2939         /*
2940          * If kswapd was reclaiming at a higher order, it has the option of
2941          * sleeping without all zones being balanced. Before it does, it must
2942          * ensure that the watermarks for order-0 on *all* zones are met and
2943          * that the congestion flags are cleared. The congestion flag must
2944          * be cleared as kswapd is the only mechanism that clears the flag
2945          * and it is potentially going to sleep here.
2946          */
2947         if (order) {
2948                 int zones_need_compaction = 1;
2949
2950                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
2951                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2952
2953                         if (!populated_zone(zone))
2954                                 continue;
2955
2956                         /* Check if the memory needs to be defragmented. */
2957                         if (zone_watermark_ok(zone, order,
2958                                     low_wmark_pages(zone), *classzone_idx, 0))
2959                                 zones_need_compaction = 0;
2960                 }
2961
2962                 if (zones_need_compaction)
2963                         compact_pgdat(pgdat, order);
2964         }
2965
2966         /*
2967          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
2968          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
2969          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
2970          * was awake, order will remain at the higher level
2971          */
2972         *classzone_idx = end_zone;
2973         return order;
2974 }
2975
2976 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2977 {
2978         long remaining = 0;
2979         DEFINE_WAIT(wait);
2980
2981         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
2982                 return;
2983
2984         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
2985
2986         /* Try to sleep for a short interval */
2987         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
2988                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
2989                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
2990                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
2991         }
2992
2993         /*
2994          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
2995          * go fully to sleep until explicitly woken up.
2996          */
2997         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
2998                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
2999
3000                 /*
3001                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3002                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3003                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3004                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3005                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3006                  * them before going back to sleep.
3007                  */
3008                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3009
3010                 /*
3011                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3012                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3013                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3014                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3015                  */
3016                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3017
3018                 if (!kthread_should_stop())
3019                         schedule();
3020
3021                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3022         } else {
3023                 if (remaining)
3024                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3025                 else
3026                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3027         }
3028         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3029 }
3030
3031 /*
3032  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3033  * from the init process.
3034  *
3035  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3036  * free memory available even if there is no other activity
3037  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3038  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3039  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3040  *
3041  * If there are applications that are active memory-allocators
3042  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3043  */
3044 static int kswapd(void *p)
3045 {
3046         unsigned long order, new_order;
3047         unsigned balanced_order;
3048         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3049         int balanced_classzone_idx;
3050         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3051         struct task_struct *tsk = current;
3052
3053         struct reclaim_state reclaim_state = {
3054                 .reclaimed_slab = 0,
3055         };
3056         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3057
3058         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3059
3060         if (!cpumask_empty(cpumask))
3061                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3062         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3063
3064         /*
3065          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3066          * and that if we need more memory we should get access to it
3067          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3068          * never get caught in the normal page freeing logic.
3069          *
3070          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3071          * you need a small amount of memory in order to be able to
3072          * page out something else, and this flag essentially protects
3073          * us from recursively trying to free more memory as we're
3074          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3075          */
3076         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3077         set_freezable();
3078
3079         order = new_order = 0;
3080         balanced_order = 0;
3081         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3082         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3083         for ( ; ; ) {
3084                 bool ret;
3085
3086                 /*
3087                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3088                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3089                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3090                  */
3091                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3092                                         balanced_order == new_order) {
3093                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3094                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3095                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3096                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3097                 }
3098
3099                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3100                         /*
3101                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3102                          * allocation or has tigher zone constraints
3103                          */
3104                         order = new_order;
3105                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3106                 } else {
3107                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3108                                                 balanced_classzone_idx);
3109                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3110                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3111                         new_order = order;
3112                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3113                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3114                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3115                 }
3116
3117                 ret = try_to_freeze();
3118                 if (kthread_should_stop())
3119                         break;
3120
3121                 /*
3122                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3123                  * after returning from the refrigerator
3124                  */
3125                 if (!ret) {
3126                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3127                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3128                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3129                                                 &balanced_classzone_idx);
3130                 }
3131         }
3132
3133         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3134         current->reclaim_state = NULL;
3135         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3136
3137         return 0;
3138 }
3139
3140 /*
3141  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3142  */
3143 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3144 {
3145         pg_data_t *pgdat;
3146
3147         if (!populated_zone(zone))
3148                 return;
3149
3150         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
3151                 return;
3152         pgdat = zone->zone_pgdat;
3153         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3154                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3155                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3156         }
3157         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3158                 return;
3159         if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0, 0))
3160                 return;
3161
3162         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3163         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3164 }
3165
3166 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3167 /*
3168  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3169  * freed pages.
3170  *
3171  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3172  * LRU order by reclaiming preferentially
3173  * inactive > active > active referenced > active mapped
3174  */
3175 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3176 {
3177         struct reclaim_state reclaim_state;
3178         struct scan_control sc = {
3179                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3180                 .may_swap = 1,
3181                 .may_unmap = 1,
3182                 .may_writepage = 1,
3183                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3184                 .hibernation_mode = 1,
3185                 .order = 0,
3186                 .priority = DEF_PRIORITY,
3187         };
3188         struct shrink_control shrink = {
3189                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
3190         };
3191         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3192         struct task_struct *p = current;
3193         unsigned long nr_reclaimed;
3194
3195         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3196         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3197         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3198         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3199
3200         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc, &shrink);
3201
3202         p->reclaim_state = NULL;
3203         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3204         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3205
3206         return nr_reclaimed;
3207 }
3208 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3209
3210 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3211    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3212    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3213    restore their cpu bindings. */
3214 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3215                         void *hcpu)
3216 {
3217         int nid;
3218
3219         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3220                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3221                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3222                         const struct cpumask *mask;
3223
3224                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3225
3226                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3227                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3228                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3229                 }
3230         }
3231         return NOTIFY_OK;
3232 }
3233
3234 /*
3235  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3236  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3237  */
3238 int kswapd_run(int nid)
3239 {
3240         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3241         int ret = 0;
3242
3243         if (pgdat->kswapd)
3244                 return 0;
3245
3246         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3247         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3248                 /* failure at boot is fatal */
3249                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3250                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3251                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3252                 pgdat->kswapd = NULL;
3253         }
3254         return ret;
3255 }
3256
3257 /*
3258  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3259  * hold lock_memory_hotplug().
3260  */
3261 void kswapd_stop(int nid)
3262 {
3263         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3264
3265         if (kswapd) {
3266                 kthread_stop(kswapd);
3267                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3268         }
3269 }
3270
3271 static int __init kswapd_init(void)
3272 {
3273         int nid;
3274
3275         swap_setup();
3276         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3277                 kswapd_run(nid);
3278         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3279         return 0;
3280 }
3281
3282 module_init(kswapd_init)
3283
3284 #ifdef CONFIG_NUMA
3285 /*
3286  * Zone reclaim mode
3287  *
3288  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3289  * the watermarks.
3290  */
3291 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3292
3293 #define RECLAIM_OFF 0
3294 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3295 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3296 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3297
3298 /*
3299  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3300  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3301  * a zone.
3302  */
3303 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3304
3305 /*
3306  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3307  * occur.
3308  */
3309 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3310
3311 /*
3312  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3313  * slab reclaim needs to occur.
3314  */
3315 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3316
3317 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3318 {
3319         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3320         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3321                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3322
3323         /*
3324          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3325          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3326          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3327          */
3328         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3329 }
3330
3331 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3332 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3333 {
3334         long nr_pagecache_reclaimable;
3335         long delta = 0;
3336
3337         /*
3338          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3339          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3340          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3341          * a better estimate
3342          */
3343         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3344                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3345         else
3346                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3347
3348         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3349         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3350                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3351
3352         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3353         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3354                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3355
3356         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3357 }
3358
3359 /*
3360  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3361  */
3362 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3363 {
3364         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3365         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3366         struct task_struct *p = current;
3367         struct reclaim_state reclaim_state;
3368         struct scan_control sc = {
3369                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3370                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3371                 .may_swap = 1,
3372                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3373                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3374                 .order = order,
3375                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3376         };
3377         struct shrink_control shrink = {
3378                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
3379         };
3380         unsigned long nr_slab_pages0, nr_slab_pages1;
3381
3382         cond_resched();
3383         /*
3384          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3385          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3386          * and RECLAIM_SWAP.
3387          */
3388         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3389         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3390         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3391         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3392
3393         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3394                 /*
3395                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3396                  * priorities until we have enough memory freed.
3397                  */
3398                 do {
3399                         shrink_zone(zone, &sc);
3400                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3401         }
3402
3403         nr_slab_pages0 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3404         if (nr_slab_pages0 > zone->min_slab_pages) {
3405                 /*
3406                  * shrink_slab() does not currently allow us to determine how
3407                  * many pages were freed in this zone. So we take the current
3408                  * number of slab pages and shake the slab until it is reduced
3409                  * by the same nr_pages that we used for reclaiming unmapped
3410                  * pages.
3411                  *
3412                  * Note that shrink_slab will free memory on all zones and may
3413                  * take a long time.
3414                  */
3415                 for (;;) {
3416                         unsigned long lru_pages = zone_reclaimable_pages(zone);
3417
3418                         /* No reclaimable slab or very low memory pressure */
3419                         if (!shrink_slab(&shrink, sc.nr_scanned, lru_pages))
3420                                 break;
3421
3422                         /* Freed enough memory */
3423                         nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone,
3424                                                         NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3425                         if (nr_slab_pages1 + nr_pages <= nr_slab_pages0)
3426                                 break;
3427                 }
3428
3429                 /*
3430                  * Update nr_reclaimed by the number of slab pages we
3431                  * reclaimed from this zone.
3432                  */
3433                 nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3434                 if (nr_slab_pages1 < nr_slab_pages0)
3435                         sc.nr_reclaimed += nr_slab_pages0 - nr_slab_pages1;
3436         }
3437
3438         p->reclaim_state = NULL;
3439         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3440         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3441         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3442 }
3443
3444 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3445 {
3446         int node_id;
3447         int ret;
3448
3449         /*
3450          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3451          * slab pages if we are over the defined limits.
3452          *
3453          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3454          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3455          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3456          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3457          * unmapped file backed pages.
3458          */
3459         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3460             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3461                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3462
3463         if (zone->all_unreclaimable)
3464                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3465
3466         /*
3467          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3468          */
3469         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3470                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3471
3472         /*
3473          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3474          * have associated processors. This will favor the local processor
3475          * over remote processors and spread off node memory allocations
3476          * as wide as possible.
3477          */
3478         node_id = zone_to_nid(zone);
3479         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3480                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3481
3482         if (zone_test_and_set_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED))
3483                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3484
3485         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3486         zone_clear_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED);
3487
3488         if (!ret)
3489                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3490
3491         return ret;
3492 }
3493 #endif
3494
3495 /*
3496  * page_evictable - test whether a page is evictable
3497  * @page: the page to test
3498  *
3499  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3500  * lists vs unevictable list.
3501  *
3502  * Reasons page might not be evictable:
3503  * (1) page's mapping marked unevictable
3504  * (2) page is part of an mlocked VMA
3505  *
3506  */
3507 int page_evictable(struct page *page)
3508 {
3509         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3510 }
3511
3512 #ifdef CONFIG_SHMEM
3513 /**
3514  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3515  * @pages:      array of pages to check
3516  * @nr_pages:   number of pages to check
3517  *
3518  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3519  *
3520  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3521  */
3522 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3523 {
3524         struct lruvec *lruvec;
3525         struct zone *zone = NULL;
3526         int pgscanned = 0;
3527         int pgrescued = 0;
3528         int i;
3529
3530         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3531                 struct page *page = pages[i];
3532                 struct zone *pagezone;
3533
3534                 pgscanned++;
3535                 pagezone = page_zone(page);
3536                 if (pagezone != zone) {
3537                         if (zone)
3538                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3539                         zone = pagezone;
3540                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3541                 }
3542                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3543
3544                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3545                         continue;
3546
3547                 if (page_evictable(page)) {
3548                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3549
3550                         VM_BUG_ON(PageActive(page));
3551                         ClearPageUnevictable(page);
3552                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3553                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3554                         pgrescued++;
3555                 }
3556         }
3557
3558         if (zone) {
3559                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3560                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3561                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3562         }
3563 }
3564 #endif /* CONFIG_SHMEM */
3565
3566 static void warn_scan_unevictable_pages(void)
3567 {
3568         printk_once(KERN_WARNING
3569                     "%s: The scan_unevictable_pages sysctl/node-interface has been "
3570                     "disabled for lack of a legitimate use case.  If you have "
3571                     "one, please send an email to linux-mm@kvack.org.\n",
3572                     current->comm);
3573 }
3574
3575 /*
3576  * scan_unevictable_pages [vm] sysctl handler.  On demand re-scan of
3577  * all nodes' unevictable lists for evictable pages
3578  */
3579 unsigned long scan_unevictable_pages;
3580
3581 int scan_unevictable_handler(struct ctl_table *table, int write,
3582                            void __user *buffer,
3583                            size_t *length, loff_t *ppos)
3584 {
3585         warn_scan_unevictable_pages();
3586         proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
3587         scan_unevictable_pages = 0;
3588         return 0;
3589 }
3590
3591 #ifdef CONFIG_NUMA
3592 /*
3593  * per node 'scan_unevictable_pages' attribute.  On demand re-scan of
3594  * a specified node's per zone unevictable lists for evictable pages.
3595  */
3596
3597 static ssize_t read_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3598                                           struct device_attribute *attr,
3599                                           char *buf)
3600 {
3601         warn_scan_unevictable_pages();
3602         return sprintf(buf, "0\n");     /* always zero; should fit... */
3603 }
3604
3605 static ssize_t write_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3606                                            struct device_attribute *attr,
3607                                         const char *buf, size_t count)
3608 {
3609         warn_scan_unevictable_pages();
3610         return 1;
3611 }
3612
3613
3614 static DEVICE_ATTR(scan_unevictable_pages, S_IRUGO | S_IWUSR,
3615                         read_scan_unevictable_node,
3616                         write_scan_unevictable_node);
3617
3618 int scan_unevictable_register_node(struct node *node)
3619 {
3620         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3621 }
3622
3623 void scan_unevictable_unregister_node(struct node *node)
3624 {
3625         device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3626 }
3627 #endif