]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/vmscan.c
ARM: dts: imx6ul: add support for Ka-Ro electronics TXUL mainboard
[karo-tx-linux.git] / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49 #include <linux/dax.h>
50
51 #include <asm/tlbflush.h>
52 #include <asm/div64.h>
53
54 #include <linux/swapops.h>
55 #include <linux/balloon_compaction.h>
56
57 #include "internal.h"
58
59 #define CREATE_TRACE_POINTS
60 #include <trace/events/vmscan.h>
61
62 struct scan_control {
63         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
64         unsigned long nr_to_reclaim;
65
66         /* This context's GFP mask */
67         gfp_t gfp_mask;
68
69         /* Allocation order */
70         int order;
71
72         /*
73          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
74          * are scanned.
75          */
76         nodemask_t      *nodemask;
77
78         /*
79          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
80          * primary target of this reclaim invocation.
81          */
82         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
83
84         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
85         int priority;
86
87         unsigned int may_writepage:1;
88
89         /* Can mapped pages be reclaimed? */
90         unsigned int may_unmap:1;
91
92         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
93         unsigned int may_swap:1;
94
95         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
96         unsigned int may_thrash:1;
97
98         unsigned int hibernation_mode:1;
99
100         /* One of the zones is ready for compaction */
101         unsigned int compaction_ready:1;
102
103         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
104         unsigned long nr_scanned;
105
106         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
107         unsigned long nr_reclaimed;
108 };
109
110 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
111 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
112         do {                                                            \
113                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
114                         struct page *prev;                              \
115                                                                         \
116                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
117                         prefetch(&prev->_field);                        \
118                 }                                                       \
119         } while (0)
120 #else
121 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
122 #endif
123
124 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
125 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
126         do {                                                            \
127                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
128                         struct page *prev;                              \
129                                                                         \
130                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
131                         prefetchw(&prev->_field);                       \
132                 }                                                       \
133         } while (0)
134 #else
135 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
136 #endif
137
138 /*
139  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
140  */
141 int vm_swappiness = 60;
142 /*
143  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
144  * zones.
145  */
146 unsigned long vm_total_pages;
147
148 static LIST_HEAD(shrinker_list);
149 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
150
151 #ifdef CONFIG_MEMCG
152 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
153 {
154         return !sc->target_mem_cgroup;
155 }
156
157 /**
158  * sane_reclaim - is the usual dirty throttling mechanism operational?
159  * @sc: scan_control in question
160  *
161  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
162  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
163  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
164  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
165  * allocation and configurability.
166  *
167  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
168  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
169  */
170 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
171 {
172         struct mem_cgroup *memcg = sc->target_mem_cgroup;
173
174         if (!memcg)
175                 return true;
176 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
177         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
178                 return true;
179 #endif
180         return false;
181 }
182 #else
183 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
184 {
185         return true;
186 }
187
188 static bool sane_reclaim(struct scan_control *sc)
189 {
190         return true;
191 }
192 #endif
193
194 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
195 {
196         unsigned long nr;
197
198         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
199              zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
200              zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_FILE);
201
202         if (get_nr_swap_pages() > 0)
203                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
204                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_INACTIVE_ANON) +
205                       zone_page_state_snapshot(zone, NR_ISOLATED_ANON);
206
207         return nr;
208 }
209
210 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
211 {
212         return zone_page_state_snapshot(zone, NR_PAGES_SCANNED) <
213                 zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
214 }
215
216 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
217 {
218         if (!mem_cgroup_disabled())
219                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
220
221         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
222 }
223
224 /*
225  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
226  */
227 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
228 {
229         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
230
231         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
232                 size *= nr_node_ids;
233
234         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
235         if (!shrinker->nr_deferred)
236                 return -ENOMEM;
237
238         down_write(&shrinker_rwsem);
239         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
240         up_write(&shrinker_rwsem);
241         return 0;
242 }
243 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
244
245 /*
246  * Remove one
247  */
248 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
249 {
250         down_write(&shrinker_rwsem);
251         list_del(&shrinker->list);
252         up_write(&shrinker_rwsem);
253         kfree(shrinker->nr_deferred);
254 }
255 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
256
257 #define SHRINK_BATCH 128
258
259 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
260                                     struct shrinker *shrinker,
261                                     unsigned long nr_scanned,
262                                     unsigned long nr_eligible)
263 {
264         unsigned long freed = 0;
265         unsigned long long delta;
266         long total_scan;
267         long freeable;
268         long nr;
269         long new_nr;
270         int nid = shrinkctl->nid;
271         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
272                                           : SHRINK_BATCH;
273
274         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
275         if (freeable == 0)
276                 return 0;
277
278         /*
279          * copy the current shrinker scan count into a local variable
280          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
281          * don't also do this scanning work.
282          */
283         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
284
285         total_scan = nr;
286         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
287         delta *= freeable;
288         do_div(delta, nr_eligible + 1);
289         total_scan += delta;
290         if (total_scan < 0) {
291                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
292                        shrinker->scan_objects, total_scan);
293                 total_scan = freeable;
294         }
295
296         /*
297          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
298          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
299          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
300          * nr being built up so when a shrink that can do some work
301          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
302          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
303          * memory.
304          *
305          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
306          * a large delta change is calculated directly.
307          */
308         if (delta < freeable / 4)
309                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
310
311         /*
312          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
313          * never try to free more than twice the estimate number of
314          * freeable entries.
315          */
316         if (total_scan > freeable * 2)
317                 total_scan = freeable * 2;
318
319         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
320                                    nr_scanned, nr_eligible,
321                                    freeable, delta, total_scan);
322
323         /*
324          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
325          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
326          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
327          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
328          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
329          * objects spread over several slabs with usage less than the
330          * batch_size.
331          *
332          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
333          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
334          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
335          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
336          * possible.
337          */
338         while (total_scan >= batch_size ||
339                total_scan >= freeable) {
340                 unsigned long ret;
341                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
342
343                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
344                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
345                 if (ret == SHRINK_STOP)
346                         break;
347                 freed += ret;
348
349                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
350                 total_scan -= nr_to_scan;
351
352                 cond_resched();
353         }
354
355         /*
356          * move the unused scan count back into the shrinker in a
357          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
358          * scan, there is no need to do an update.
359          */
360         if (total_scan > 0)
361                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
362                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
363         else
364                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
365
366         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
367         return freed;
368 }
369
370 /**
371  * shrink_slab - shrink slab caches
372  * @gfp_mask: allocation context
373  * @nid: node whose slab caches to target
374  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
375  * @nr_scanned: pressure numerator
376  * @nr_eligible: pressure denominator
377  *
378  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
379  *
380  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
381  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
382  *
383  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
384  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
385  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise, only unaware
386  * shrinkers are called.
387  *
388  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
389  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
390  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
391  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
392  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
393  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
394  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
395  *
396  * Returns the number of reclaimed slab objects.
397  */
398 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
399                                  struct mem_cgroup *memcg,
400                                  unsigned long nr_scanned,
401                                  unsigned long nr_eligible)
402 {
403         struct shrinker *shrinker;
404         unsigned long freed = 0;
405
406         if (memcg && (!memcg_kmem_enabled() || !mem_cgroup_online(memcg)))
407                 return 0;
408
409         if (nr_scanned == 0)
410                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
411
412         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
413                 /*
414                  * If we would return 0, our callers would understand that we
415                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
416                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
417                  * time.
418                  */
419                 freed = 1;
420                 goto out;
421         }
422
423         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
424                 struct shrink_control sc = {
425                         .gfp_mask = gfp_mask,
426                         .nid = nid,
427                         .memcg = memcg,
428                 };
429
430                 /*
431                  * If kernel memory accounting is disabled, we ignore
432                  * SHRINKER_MEMCG_AWARE flag and call all shrinkers
433                  * passing NULL for memcg.
434                  */
435                 if (memcg_kmem_enabled() &&
436                     !!memcg != !!(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
437                         continue;
438
439                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
440                         sc.nid = 0;
441
442                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
443         }
444
445         up_read(&shrinker_rwsem);
446 out:
447         cond_resched();
448         return freed;
449 }
450
451 void drop_slab_node(int nid)
452 {
453         unsigned long freed;
454
455         do {
456                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
457
458                 freed = 0;
459                 do {
460                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
461                                              1000, 1000);
462                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
463         } while (freed > 10);
464 }
465
466 void drop_slab(void)
467 {
468         int nid;
469
470         for_each_online_node(nid)
471                 drop_slab_node(nid);
472 }
473
474 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
475 {
476         /*
477          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
478          * that isolated the page, the page cache radix tree and
479          * optional buffer heads at page->private.
480          */
481         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
482 }
483
484 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
485 {
486         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
487                 return 1;
488         if (!inode_write_congested(inode))
489                 return 1;
490         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
491                 return 1;
492         return 0;
493 }
494
495 /*
496  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
497  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
498  * fsync(), msync() or close().
499  *
500  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
501  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
502  * that page is locked, the mapping is pinned.
503  *
504  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
505  * __GFP_FS.
506  */
507 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
508                                 struct page *page, int error)
509 {
510         lock_page(page);
511         if (page_mapping(page) == mapping)
512                 mapping_set_error(mapping, error);
513         unlock_page(page);
514 }
515
516 /* possible outcome of pageout() */
517 typedef enum {
518         /* failed to write page out, page is locked */
519         PAGE_KEEP,
520         /* move page to the active list, page is locked */
521         PAGE_ACTIVATE,
522         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
523         PAGE_SUCCESS,
524         /* page is clean and locked */
525         PAGE_CLEAN,
526 } pageout_t;
527
528 /*
529  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
530  * Calls ->writepage().
531  */
532 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
533                          struct scan_control *sc)
534 {
535         /*
536          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
537          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
538          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
539          * stalls if we need to run get_block().  We could test
540          * PagePrivate for that.
541          *
542          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
543          * this page's queue, we can perform writeback even if that
544          * will block.
545          *
546          * If the page is swapcache, write it back even if that would
547          * block, for some throttling. This happens by accident, because
548          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
549          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
550          */
551         if (!is_page_cache_freeable(page))
552                 return PAGE_KEEP;
553         if (!mapping) {
554                 /*
555                  * Some data journaling orphaned pages can have
556                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
557                  */
558                 if (page_has_private(page)) {
559                         if (try_to_free_buffers(page)) {
560                                 ClearPageDirty(page);
561                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
562                                 return PAGE_CLEAN;
563                         }
564                 }
565                 return PAGE_KEEP;
566         }
567         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
568                 return PAGE_ACTIVATE;
569         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
570                 return PAGE_KEEP;
571
572         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
573                 int res;
574                 struct writeback_control wbc = {
575                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
576                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
577                         .range_start = 0,
578                         .range_end = LLONG_MAX,
579                         .for_reclaim = 1,
580                 };
581
582                 SetPageReclaim(page);
583                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
584                 if (res < 0)
585                         handle_write_error(mapping, page, res);
586                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
587                         ClearPageReclaim(page);
588                         return PAGE_ACTIVATE;
589                 }
590
591                 if (!PageWriteback(page)) {
592                         /* synchronous write or broken a_ops? */
593                         ClearPageReclaim(page);
594                 }
595                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
596                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
597                 return PAGE_SUCCESS;
598         }
599
600         return PAGE_CLEAN;
601 }
602
603 /*
604  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
605  * gets returned with a refcount of 0.
606  */
607 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
608                             bool reclaimed)
609 {
610         unsigned long flags;
611
612         BUG_ON(!PageLocked(page));
613         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
614
615         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
616         /*
617          * The non racy check for a busy page.
618          *
619          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
620          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
621          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
622          * here, then the following race may occur:
623          *
624          * get_user_pages(&page);
625          * [user mapping goes away]
626          * write_to(page);
627          *                              !PageDirty(page)    [good]
628          * SetPageDirty(page);
629          * put_page(page);
630          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
631          *
632          * [oops, our write_to data is lost]
633          *
634          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
635          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
636          * load is not satisfied before that of page->_count.
637          *
638          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
639          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
640          */
641         if (!page_freeze_refs(page, 2))
642                 goto cannot_free;
643         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
644         if (unlikely(PageDirty(page))) {
645                 page_unfreeze_refs(page, 2);
646                 goto cannot_free;
647         }
648
649         if (PageSwapCache(page)) {
650                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
651                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
652                 __delete_from_swap_cache(page);
653                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
654                 swapcache_free(swap);
655         } else {
656                 void (*freepage)(struct page *);
657                 void *shadow = NULL;
658
659                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
660                 /*
661                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
662                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
663                  *
664                  * But don't store shadows in an address space that is
665                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
666                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
667                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
668                  * back.
669                  *
670                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
671                  * only page cache pages found in these are zero pages
672                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
673                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
674                  * same page_tree.
675                  */
676                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
677                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
678                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
679                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
680                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
681
682                 if (freepage != NULL)
683                         freepage(page);
684         }
685
686         return 1;
687
688 cannot_free:
689         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
690         return 0;
691 }
692
693 /*
694  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
695  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
696  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
697  * this page.
698  */
699 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
700 {
701         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
702                 /*
703                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
704                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
705                  * atomic operation.
706                  */
707                 page_unfreeze_refs(page, 1);
708                 return 1;
709         }
710         return 0;
711 }
712
713 /**
714  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
715  * @page: page to be put back to appropriate lru list
716  *
717  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
718  * Page may still be unevictable for other reasons.
719  *
720  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
721  */
722 void putback_lru_page(struct page *page)
723 {
724         bool is_unevictable;
725         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
726
727         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
728
729 redo:
730         ClearPageUnevictable(page);
731
732         if (page_evictable(page)) {
733                 /*
734                  * For evictable pages, we can use the cache.
735                  * In event of a race, worst case is we end up with an
736                  * unevictable page on [in]active list.
737                  * We know how to handle that.
738                  */
739                 is_unevictable = false;
740                 lru_cache_add(page);
741         } else {
742                 /*
743                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
744                  * list.
745                  */
746                 is_unevictable = true;
747                 add_page_to_unevictable_list(page);
748                 /*
749                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
750                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
751                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
752                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
753                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
754                  * the page back to the evictable list.
755                  *
756                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
757                  */
758                 smp_mb();
759         }
760
761         /*
762          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
763          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
764          * check after we added it to the list, again.
765          */
766         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
767                 if (!isolate_lru_page(page)) {
768                         put_page(page);
769                         goto redo;
770                 }
771                 /* This means someone else dropped this page from LRU
772                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
773                  * nothing to do here.
774                  */
775         }
776
777         if (was_unevictable && !is_unevictable)
778                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
779         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
780                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
781
782         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
783 }
784
785 enum page_references {
786         PAGEREF_RECLAIM,
787         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
788         PAGEREF_KEEP,
789         PAGEREF_ACTIVATE,
790 };
791
792 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
793                                                   struct scan_control *sc)
794 {
795         int referenced_ptes, referenced_page;
796         unsigned long vm_flags;
797
798         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
799                                           &vm_flags);
800         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
801
802         /*
803          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
804          * move the page to the unevictable list.
805          */
806         if (vm_flags & VM_LOCKED)
807                 return PAGEREF_RECLAIM;
808
809         if (referenced_ptes) {
810                 if (PageSwapBacked(page))
811                         return PAGEREF_ACTIVATE;
812                 /*
813                  * All mapped pages start out with page table
814                  * references from the instantiating fault, so we need
815                  * to look twice if a mapped file page is used more
816                  * than once.
817                  *
818                  * Mark it and spare it for another trip around the
819                  * inactive list.  Another page table reference will
820                  * lead to its activation.
821                  *
822                  * Note: the mark is set for activated pages as well
823                  * so that recently deactivated but used pages are
824                  * quickly recovered.
825                  */
826                 SetPageReferenced(page);
827
828                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
829                         return PAGEREF_ACTIVATE;
830
831                 /*
832                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
833                  */
834                 if (vm_flags & VM_EXEC)
835                         return PAGEREF_ACTIVATE;
836
837                 return PAGEREF_KEEP;
838         }
839
840         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
841         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
842                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
843
844         return PAGEREF_RECLAIM;
845 }
846
847 /* Check if a page is dirty or under writeback */
848 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
849                                        bool *dirty, bool *writeback)
850 {
851         struct address_space *mapping;
852
853         /*
854          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
855          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
856          */
857         if (!page_is_file_cache(page)) {
858                 *dirty = false;
859                 *writeback = false;
860                 return;
861         }
862
863         /* By default assume that the page flags are accurate */
864         *dirty = PageDirty(page);
865         *writeback = PageWriteback(page);
866
867         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
868         if (!page_has_private(page))
869                 return;
870
871         mapping = page_mapping(page);
872         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
873                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
874 }
875
876 /*
877  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
878  */
879 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
880                                       struct zone *zone,
881                                       struct scan_control *sc,
882                                       enum ttu_flags ttu_flags,
883                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
884                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
885                                       unsigned long *ret_nr_congested,
886                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
887                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
888                                       bool force_reclaim)
889 {
890         LIST_HEAD(ret_pages);
891         LIST_HEAD(free_pages);
892         int pgactivate = 0;
893         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
894         unsigned long nr_dirty = 0;
895         unsigned long nr_congested = 0;
896         unsigned long nr_reclaimed = 0;
897         unsigned long nr_writeback = 0;
898         unsigned long nr_immediate = 0;
899
900         cond_resched();
901
902         while (!list_empty(page_list)) {
903                 struct address_space *mapping;
904                 struct page *page;
905                 int may_enter_fs;
906                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
907                 bool dirty, writeback;
908                 bool lazyfree = false;
909                 int ret = SWAP_SUCCESS;
910
911                 cond_resched();
912
913                 page = lru_to_page(page_list);
914                 list_del(&page->lru);
915
916                 if (!trylock_page(page))
917                         goto keep;
918
919                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
920                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
921
922                 sc->nr_scanned++;
923
924                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
925                         goto cull_mlocked;
926
927                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
928                         goto keep_locked;
929
930                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
931                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
932                         sc->nr_scanned++;
933
934                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
935                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
936
937                 /*
938                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
939                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
940                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
941                  * is all dirty unqueued pages.
942                  */
943                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
944                 if (dirty || writeback)
945                         nr_dirty++;
946
947                 if (dirty && !writeback)
948                         nr_unqueued_dirty++;
949
950                 /*
951                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
952                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
953                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
954                  * end of the LRU a second time.
955                  */
956                 mapping = page_mapping(page);
957                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
958                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
959                     (writeback && PageReclaim(page)))
960                         nr_congested++;
961
962                 /*
963                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
964                  * are three cases to consider.
965                  *
966                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
967                  *    under writeback and this page is both under writeback and
968                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
969                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
970                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
971                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
972                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
973                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
974                  *    caller can stall after page list has been processed.
975                  *
976                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
977                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
978                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
979                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
980                  *    reclaim and continue scanning.
981                  *
982                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
983                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
984                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
985                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
986                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
987                  *    would probably show more reasons.
988                  *
989                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
990                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
991                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
992                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
993                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
994                  */
995                 if (PageWriteback(page)) {
996                         /* Case 1 above */
997                         if (current_is_kswapd() &&
998                             PageReclaim(page) &&
999                             test_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags)) {
1000                                 nr_immediate++;
1001                                 goto keep_locked;
1002
1003                         /* Case 2 above */
1004                         } else if (sane_reclaim(sc) ||
1005                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1006                                 /*
1007                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1008                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1009                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1010                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1011                                  * enough to care.  What we do want is for this
1012                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1013                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1014                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1015                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1016                                  */
1017                                 SetPageReclaim(page);
1018                                 nr_writeback++;
1019                                 goto keep_locked;
1020
1021                         /* Case 3 above */
1022                         } else {
1023                                 unlock_page(page);
1024                                 wait_on_page_writeback(page);
1025                                 /* then go back and try same page again */
1026                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1027                                 continue;
1028                         }
1029                 }
1030
1031                 if (!force_reclaim)
1032                         references = page_check_references(page, sc);
1033
1034                 switch (references) {
1035                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1036                         goto activate_locked;
1037                 case PAGEREF_KEEP:
1038                         goto keep_locked;
1039                 case PAGEREF_RECLAIM:
1040                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1041                         ; /* try to reclaim the page below */
1042                 }
1043
1044                 /*
1045                  * Anonymous process memory has backing store?
1046                  * Try to allocate it some swap space here.
1047                  */
1048                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1049                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1050                                 goto keep_locked;
1051                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1052                                 goto activate_locked;
1053                         lazyfree = true;
1054                         may_enter_fs = 1;
1055
1056                         /* Adding to swap updated mapping */
1057                         mapping = page_mapping(page);
1058                 }
1059
1060                 /*
1061                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1062                  * processes. Try to unmap it here.
1063                  */
1064                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1065                         switch (ret = try_to_unmap(page, lazyfree ?
1066                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH | TTU_LZFREE) :
1067                                 (ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH))) {
1068                         case SWAP_FAIL:
1069                                 goto activate_locked;
1070                         case SWAP_AGAIN:
1071                                 goto keep_locked;
1072                         case SWAP_MLOCK:
1073                                 goto cull_mlocked;
1074                         case SWAP_LZFREE:
1075                                 goto lazyfree;
1076                         case SWAP_SUCCESS:
1077                                 ; /* try to free the page below */
1078                         }
1079                 }
1080
1081                 if (PageDirty(page)) {
1082                         /*
1083                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1084                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1085                          * if many dirty pages have been encountered.
1086                          */
1087                         if (page_is_file_cache(page) &&
1088                                         (!current_is_kswapd() ||
1089                                          !test_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags))) {
1090                                 /*
1091                                  * Immediately reclaim when written back.
1092                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1093                                  * except we already have the page isolated
1094                                  * and know it's dirty
1095                                  */
1096                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1097                                 SetPageReclaim(page);
1098
1099                                 goto keep_locked;
1100                         }
1101
1102                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1103                                 goto keep_locked;
1104                         if (!may_enter_fs)
1105                                 goto keep_locked;
1106                         if (!sc->may_writepage)
1107                                 goto keep_locked;
1108
1109                         /*
1110                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1111                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1112                          * starts and then write it out here.
1113                          */
1114                         try_to_unmap_flush_dirty();
1115                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1116                         case PAGE_KEEP:
1117                                 goto keep_locked;
1118                         case PAGE_ACTIVATE:
1119                                 goto activate_locked;
1120                         case PAGE_SUCCESS:
1121                                 if (PageWriteback(page))
1122                                         goto keep;
1123                                 if (PageDirty(page))
1124                                         goto keep;
1125
1126                                 /*
1127                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1128                                  * ahead and try to reclaim the page.
1129                                  */
1130                                 if (!trylock_page(page))
1131                                         goto keep;
1132                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1133                                         goto keep_locked;
1134                                 mapping = page_mapping(page);
1135                         case PAGE_CLEAN:
1136                                 ; /* try to free the page below */
1137                         }
1138                 }
1139
1140                 /*
1141                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1142                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1143                  * the page as well.
1144                  *
1145                  * We do this even if the page is PageDirty().
1146                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1147                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1148                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1149                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1150                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1151                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1152                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1153                  *
1154                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1155                  * the pages which were not successfully invalidated in
1156                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1157                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1158                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1159                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1160                  */
1161                 if (page_has_private(page)) {
1162                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1163                                 goto activate_locked;
1164                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1165                                 unlock_page(page);
1166                                 if (put_page_testzero(page))
1167                                         goto free_it;
1168                                 else {
1169                                         /*
1170                                          * rare race with speculative reference.
1171                                          * the speculative reference will free
1172                                          * this page shortly, so we may
1173                                          * increment nr_reclaimed here (and
1174                                          * leave it off the LRU).
1175                                          */
1176                                         nr_reclaimed++;
1177                                         continue;
1178                                 }
1179                         }
1180                 }
1181
1182 lazyfree:
1183                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1184                         goto keep_locked;
1185
1186                 /*
1187                  * At this point, we have no other references and there is
1188                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1189                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1190                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1191                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1192                  */
1193                 __ClearPageLocked(page);
1194 free_it:
1195                 if (ret == SWAP_LZFREE)
1196                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1197
1198                 nr_reclaimed++;
1199
1200                 /*
1201                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1202                  * appear not as the counts should be low
1203                  */
1204                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1205                 continue;
1206
1207 cull_mlocked:
1208                 if (PageSwapCache(page))
1209                         try_to_free_swap(page);
1210                 unlock_page(page);
1211                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1212                 continue;
1213
1214 activate_locked:
1215                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1216                 if (PageSwapCache(page) && mem_cgroup_swap_full(page))
1217                         try_to_free_swap(page);
1218                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1219                 SetPageActive(page);
1220                 pgactivate++;
1221 keep_locked:
1222                 unlock_page(page);
1223 keep:
1224                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1225                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1226         }
1227
1228         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1229         try_to_unmap_flush();
1230         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1231
1232         list_splice(&ret_pages, page_list);
1233         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1234
1235         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1236         *ret_nr_congested += nr_congested;
1237         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1238         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1239         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1240         return nr_reclaimed;
1241 }
1242
1243 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1244                                             struct list_head *page_list)
1245 {
1246         struct scan_control sc = {
1247                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1248                 .priority = DEF_PRIORITY,
1249                 .may_unmap = 1,
1250         };
1251         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1252         struct page *page, *next;
1253         LIST_HEAD(clean_pages);
1254
1255         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1256                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1257                     !isolated_balloon_page(page)) {
1258                         ClearPageActive(page);
1259                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1260                 }
1261         }
1262
1263         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1264                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1265                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1266         list_splice(&clean_pages, page_list);
1267         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1268         return ret;
1269 }
1270
1271 /*
1272  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1273  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1274  * freed elsewhere are also ignored.
1275  *
1276  * page:        page to consider
1277  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1278  *
1279  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1280  */
1281 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1282 {
1283         int ret = -EINVAL;
1284
1285         /* Only take pages on the LRU. */
1286         if (!PageLRU(page))
1287                 return ret;
1288
1289         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1290         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1291                 return ret;
1292
1293         ret = -EBUSY;
1294
1295         /*
1296          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1297          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1298          * blocking - clean pages for the most part.
1299          *
1300          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1301          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1302          *
1303          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1304          * that it is possible to migrate without blocking
1305          */
1306         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1307                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1308                 if (PageWriteback(page))
1309                         return ret;
1310
1311                 if (PageDirty(page)) {
1312                         struct address_space *mapping;
1313
1314                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1315                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1316                                 return ret;
1317
1318                         /*
1319                          * Only pages without mappings or that have a
1320                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1321                          * without blocking
1322                          */
1323                         mapping = page_mapping(page);
1324                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1325                                 return ret;
1326                 }
1327         }
1328
1329         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1330                 return ret;
1331
1332         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1333                 /*
1334                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1335                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1336                  * page release code relies on it.
1337                  */
1338                 ClearPageLRU(page);
1339                 ret = 0;
1340         }
1341
1342         return ret;
1343 }
1344
1345 /*
1346  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1347  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1348  * and working on them outside the LRU lock.
1349  *
1350  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1351  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1352  *
1353  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1354  *
1355  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1356  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1357  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1358  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1359  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1360  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1361  * @lru:        LRU list id for isolating
1362  *
1363  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1364  */
1365 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1366                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1367                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1368                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1369 {
1370         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1371         unsigned long nr_taken = 0;
1372         unsigned long scan;
1373
1374         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && nr_taken < nr_to_scan &&
1375                                         !list_empty(src); scan++) {
1376                 struct page *page;
1377                 int nr_pages;
1378
1379                 page = lru_to_page(src);
1380                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1381
1382                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1383
1384                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1385                 case 0:
1386                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1387                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1388                         list_move(&page->lru, dst);
1389                         nr_taken += nr_pages;
1390                         break;
1391
1392                 case -EBUSY:
1393                         /* else it is being freed elsewhere */
1394                         list_move(&page->lru, src);
1395                         continue;
1396
1397                 default:
1398                         BUG();
1399                 }
1400         }
1401
1402         *nr_scanned = scan;
1403         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1404                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1405         return nr_taken;
1406 }
1407
1408 /**
1409  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1410  * @page: page to isolate from its LRU list
1411  *
1412  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1413  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1414  *
1415  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1416  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1417  *
1418  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1419  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1420  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1421  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1422  *
1423  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1424  * found will be decremented.
1425  *
1426  * Restrictions:
1427  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1428  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1429  *     without a stable reference).
1430  * (2) the lru_lock must not be held.
1431  * (3) interrupts must be enabled.
1432  */
1433 int isolate_lru_page(struct page *page)
1434 {
1435         int ret = -EBUSY;
1436
1437         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1438         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1439
1440         if (PageLRU(page)) {
1441                 struct zone *zone = page_zone(page);
1442                 struct lruvec *lruvec;
1443
1444                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1445                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1446                 if (PageLRU(page)) {
1447                         int lru = page_lru(page);
1448                         get_page(page);
1449                         ClearPageLRU(page);
1450                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1451                         ret = 0;
1452                 }
1453                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1454         }
1455         return ret;
1456 }
1457
1458 /*
1459  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1460  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1461  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1462  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1463  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1464  */
1465 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1466                 struct scan_control *sc)
1467 {
1468         unsigned long inactive, isolated;
1469
1470         if (current_is_kswapd())
1471                 return 0;
1472
1473         if (!sane_reclaim(sc))
1474                 return 0;
1475
1476         if (file) {
1477                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1478                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1479         } else {
1480                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1481                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1482         }
1483
1484         /*
1485          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1486          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1487          * deadlock.
1488          */
1489         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1490                 inactive >>= 3;
1491
1492         return isolated > inactive;
1493 }
1494
1495 static noinline_for_stack void
1496 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1497 {
1498         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1499         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1500         LIST_HEAD(pages_to_free);
1501
1502         /*
1503          * Put back any unfreeable pages.
1504          */
1505         while (!list_empty(page_list)) {
1506                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1507                 int lru;
1508
1509                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1510                 list_del(&page->lru);
1511                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1512                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1513                         putback_lru_page(page);
1514                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1515                         continue;
1516                 }
1517
1518                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1519
1520                 SetPageLRU(page);
1521                 lru = page_lru(page);
1522                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1523
1524                 if (is_active_lru(lru)) {
1525                         int file = is_file_lru(lru);
1526                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1527                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1528                 }
1529                 if (put_page_testzero(page)) {
1530                         __ClearPageLRU(page);
1531                         __ClearPageActive(page);
1532                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1533
1534                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1535                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1536                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1537                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1538                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1539                         } else
1540                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1541                 }
1542         }
1543
1544         /*
1545          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1546          */
1547         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1552  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1553  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1554  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1555  */
1556 static int current_may_throttle(void)
1557 {
1558         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1559                 current->backing_dev_info == NULL ||
1560                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1561 }
1562
1563 /*
1564  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1565  * of reclaimed pages
1566  */
1567 static noinline_for_stack unsigned long
1568 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1569                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1570 {
1571         LIST_HEAD(page_list);
1572         unsigned long nr_scanned;
1573         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1574         unsigned long nr_taken;
1575         unsigned long nr_dirty = 0;
1576         unsigned long nr_congested = 0;
1577         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1578         unsigned long nr_writeback = 0;
1579         unsigned long nr_immediate = 0;
1580         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1581         int file = is_file_lru(lru);
1582         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1583         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1584
1585         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1586                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1587
1588                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1589                 if (fatal_signal_pending(current))
1590                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1591         }
1592
1593         lru_add_drain();
1594
1595         if (!sc->may_unmap)
1596                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1597         if (!sc->may_writepage)
1598                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1599
1600         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1601
1602         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1603                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1604
1605         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1606         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1607
1608         if (global_reclaim(sc)) {
1609                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1610                 if (current_is_kswapd())
1611                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1612                 else
1613                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1614         }
1615         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1616
1617         if (nr_taken == 0)
1618                 return 0;
1619
1620         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1621                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1622                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1623                                 false);
1624
1625         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1626
1627         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1628
1629         if (global_reclaim(sc)) {
1630                 if (current_is_kswapd())
1631                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1632                                                nr_reclaimed);
1633                 else
1634                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1635                                                nr_reclaimed);
1636         }
1637
1638         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1639
1640         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1641
1642         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1643
1644         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1645         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1646
1647         /*
1648          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1649          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1650          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1651          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1652          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1653          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1654          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1655          * same way balance_dirty_pages() manages.
1656          *
1657          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1658          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1659          * are encountered in the nr_immediate check below.
1660          */
1661         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1662                 set_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
1663
1664         /*
1665          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
1666          * stalling here.
1667          */
1668         if (sane_reclaim(sc)) {
1669                 /*
1670                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1671                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1672                  */
1673                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1674                         set_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
1675
1676                 /*
1677                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1678                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1679                  * the zone ZONE_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1680                  * reclaim context.
1681                  */
1682                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1683                         set_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
1684
1685                 /*
1686                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1687                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1688                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1689                  * they are written so also forcibly stall.
1690                  */
1691                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1692                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1693         }
1694
1695         /*
1696          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1697          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1698          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1699          */
1700         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1701             current_may_throttle())
1702                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1703
1704         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone, nr_scanned, nr_reclaimed,
1705                         sc->priority, file);
1706         return nr_reclaimed;
1707 }
1708
1709 /*
1710  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1711  *
1712  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1713  * processes, from rmap.
1714  *
1715  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1716  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1717  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1718  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1719  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1720  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1721  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1722  *
1723  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1724  * But we had to alter page->flags anyway.
1725  */
1726
1727 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1728                                      struct list_head *list,
1729                                      struct list_head *pages_to_free,
1730                                      enum lru_list lru)
1731 {
1732         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1733         unsigned long pgmoved = 0;
1734         struct page *page;
1735         int nr_pages;
1736
1737         while (!list_empty(list)) {
1738                 page = lru_to_page(list);
1739                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1740
1741                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1742                 SetPageLRU(page);
1743
1744                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1745                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1746                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1747                 pgmoved += nr_pages;
1748
1749                 if (put_page_testzero(page)) {
1750                         __ClearPageLRU(page);
1751                         __ClearPageActive(page);
1752                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1753
1754                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1755                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1756                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1757                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1758                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1759                         } else
1760                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1761                 }
1762         }
1763         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1764         if (!is_active_lru(lru))
1765                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1766 }
1767
1768 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1769                                struct lruvec *lruvec,
1770                                struct scan_control *sc,
1771                                enum lru_list lru)
1772 {
1773         unsigned long nr_taken;
1774         unsigned long nr_scanned;
1775         unsigned long vm_flags;
1776         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1777         LIST_HEAD(l_active);
1778         LIST_HEAD(l_inactive);
1779         struct page *page;
1780         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1781         unsigned long nr_rotated = 0;
1782         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1783         int file = is_file_lru(lru);
1784         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1785
1786         lru_add_drain();
1787
1788         if (!sc->may_unmap)
1789                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1790         if (!sc->may_writepage)
1791                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1792
1793         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1794
1795         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1796                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1797         if (global_reclaim(sc))
1798                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1799
1800         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1801
1802         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1803         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1804         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1805         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1806
1807         while (!list_empty(&l_hold)) {
1808                 cond_resched();
1809                 page = lru_to_page(&l_hold);
1810                 list_del(&page->lru);
1811
1812                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1813                         putback_lru_page(page);
1814                         continue;
1815                 }
1816
1817                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1818                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1819                                 if (page_has_private(page))
1820                                         try_to_release_page(page, 0);
1821                                 unlock_page(page);
1822                         }
1823                 }
1824
1825                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1826                                     &vm_flags)) {
1827                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1828                         /*
1829                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1830                          * give them one more trip around the active list. So
1831                          * that executable code get better chances to stay in
1832                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1833                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1834                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1835                          * so we ignore them here.
1836                          */
1837                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1838                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1839                                 continue;
1840                         }
1841                 }
1842
1843                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1844                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1845         }
1846
1847         /*
1848          * Move pages back to the lru list.
1849          */
1850         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1851         /*
1852          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1853          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1854          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1855          * get_scan_count.
1856          */
1857         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1858
1859         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1860         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1861         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1862         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1863
1864         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1865         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1866 }
1867
1868 #ifdef CONFIG_SWAP
1869 static bool inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1870 {
1871         unsigned long active, inactive;
1872
1873         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1874         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1875
1876         return inactive * zone->inactive_ratio < active;
1877 }
1878
1879 /**
1880  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1881  * @lruvec: LRU vector to check
1882  *
1883  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1884  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1885  */
1886 static bool inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1887 {
1888         /*
1889          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1890          * is pointless.
1891          */
1892         if (!total_swap_pages)
1893                 return false;
1894
1895         if (!mem_cgroup_disabled())
1896                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1897
1898         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1899 }
1900 #else
1901 static inline bool inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1902 {
1903         return false;
1904 }
1905 #endif
1906
1907 /**
1908  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1909  * @lruvec: LRU vector to check
1910  *
1911  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1912  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1913  * than half of the file pages are on the inactive list.
1914  *
1915  * Once we get to that situation, protect the system's working
1916  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1917  *
1918  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1919  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1920  */
1921 static bool inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1922 {
1923         unsigned long inactive;
1924         unsigned long active;
1925
1926         inactive = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1927         active = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1928
1929         return active > inactive;
1930 }
1931
1932 static bool inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1933 {
1934         if (is_file_lru(lru))
1935                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1936         else
1937                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1938 }
1939
1940 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1941                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1942 {
1943         if (is_active_lru(lru)) {
1944                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1945                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1946                 return 0;
1947         }
1948
1949         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1950 }
1951
1952 enum scan_balance {
1953         SCAN_EQUAL,
1954         SCAN_FRACT,
1955         SCAN_ANON,
1956         SCAN_FILE,
1957 };
1958
1959 /*
1960  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1961  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1962  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1963  * onto the active list instead of evict.
1964  *
1965  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1966  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1967  */
1968 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct mem_cgroup *memcg,
1969                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1970                            unsigned long *lru_pages)
1971 {
1972         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
1973         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1974         u64 fraction[2];
1975         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1976         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1977         unsigned long anon_prio, file_prio;
1978         enum scan_balance scan_balance;
1979         unsigned long anon, file;
1980         bool force_scan = false;
1981         unsigned long ap, fp;
1982         enum lru_list lru;
1983         bool some_scanned;
1984         int pass;
1985
1986         /*
1987          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1988          * results in no scanning on this priority and a potential
1989          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1990          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1991          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1992          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1993          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1994          * well.
1995          */
1996         if (current_is_kswapd()) {
1997                 if (!zone_reclaimable(zone))
1998                         force_scan = true;
1999                 if (!mem_cgroup_online(memcg))
2000                         force_scan = true;
2001         }
2002         if (!global_reclaim(sc))
2003                 force_scan = true;
2004
2005         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2006         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2007                 scan_balance = SCAN_FILE;
2008                 goto out;
2009         }
2010
2011         /*
2012          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2013          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2014          * disable swapping for individual groups completely when
2015          * using the memory controller's swap limit feature would be
2016          * too expensive.
2017          */
2018         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
2019                 scan_balance = SCAN_FILE;
2020                 goto out;
2021         }
2022
2023         /*
2024          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2025          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2026          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2027          */
2028         if (!sc->priority && swappiness) {
2029                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2030                 goto out;
2031         }
2032
2033         /*
2034          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2035          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2036          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2037          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2038          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2039          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2040          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2041          */
2042         if (global_reclaim(sc)) {
2043                 unsigned long zonefile;
2044                 unsigned long zonefree;
2045
2046                 zonefree = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2047                 zonefile = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
2048                            zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2049
2050                 if (unlikely(zonefile + zonefree <= high_wmark_pages(zone))) {
2051                         scan_balance = SCAN_ANON;
2052                         goto out;
2053                 }
2054         }
2055
2056         /*
2057          * If there is enough inactive page cache, i.e. if the size of the
2058          * inactive list is greater than that of the active list *and* the
2059          * inactive list actually has some pages to scan on this priority, we
2060          * do not reclaim anything from the anonymous working set right now.
2061          * Without the second condition we could end up never scanning an
2062          * lruvec even if it has plenty of old anonymous pages unless the
2063          * system is under heavy pressure.
2064          */
2065         if (!inactive_file_is_low(lruvec) &&
2066             lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE) >> sc->priority) {
2067                 scan_balance = SCAN_FILE;
2068                 goto out;
2069         }
2070
2071         scan_balance = SCAN_FRACT;
2072
2073         /*
2074          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2075          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2076          */
2077         anon_prio = swappiness;
2078         file_prio = 200 - anon_prio;
2079
2080         /*
2081          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2082          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2083          * ratios to determine how valuable each cache is.
2084          *
2085          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2086          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2087          * up weighing recent references more than old ones.
2088          *
2089          * anon in [0], file in [1]
2090          */
2091
2092         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2093                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2094         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2095                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2096
2097         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
2098         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2099                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2100                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2101         }
2102
2103         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2104                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2105                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2106         }
2107
2108         /*
2109          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2110          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2111          * each list that were recently referenced and in active use.
2112          */
2113         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2114         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2115
2116         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2117         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2118         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2119
2120         fraction[0] = ap;
2121         fraction[1] = fp;
2122         denominator = ap + fp + 1;
2123 out:
2124         some_scanned = false;
2125         /* Only use force_scan on second pass. */
2126         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2127                 *lru_pages = 0;
2128                 for_each_evictable_lru(lru) {
2129                         int file = is_file_lru(lru);
2130                         unsigned long size;
2131                         unsigned long scan;
2132
2133                         size = lruvec_lru_size(lruvec, lru);
2134                         scan = size >> sc->priority;
2135
2136                         if (!scan && pass && force_scan)
2137                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2138
2139                         switch (scan_balance) {
2140                         case SCAN_EQUAL:
2141                                 /* Scan lists relative to size */
2142                                 break;
2143                         case SCAN_FRACT:
2144                                 /*
2145                                  * Scan types proportional to swappiness and
2146                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2147                                  */
2148                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2149                                                         denominator);
2150                                 break;
2151                         case SCAN_FILE:
2152                         case SCAN_ANON:
2153                                 /* Scan one type exclusively */
2154                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2155                                         size = 0;
2156                                         scan = 0;
2157                                 }
2158                                 break;
2159                         default:
2160                                 /* Look ma, no brain */
2161                                 BUG();
2162                         }
2163
2164                         *lru_pages += size;
2165                         nr[lru] = scan;
2166
2167                         /*
2168                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2169                          * if we found something to scan.
2170                          */
2171                         some_scanned |= !!scan;
2172                 }
2173         }
2174 }
2175
2176 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
2177 static void init_tlb_ubc(void)
2178 {
2179         /*
2180          * This deliberately does not clear the cpumask as it's expensive
2181          * and unnecessary. If there happens to be data in there then the
2182          * first SWAP_CLUSTER_MAX pages will send an unnecessary IPI and
2183          * then will be cleared.
2184          */
2185         current->tlb_ubc.flush_required = false;
2186 }
2187 #else
2188 static inline void init_tlb_ubc(void)
2189 {
2190 }
2191 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
2192
2193 /*
2194  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2195  */
2196 static void shrink_zone_memcg(struct zone *zone, struct mem_cgroup *memcg,
2197                               struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2198 {
2199         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2200         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2201         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2202         unsigned long nr_to_scan;
2203         enum lru_list lru;
2204         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2205         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2206         struct blk_plug plug;
2207         bool scan_adjusted;
2208
2209         get_scan_count(lruvec, memcg, sc, nr, lru_pages);
2210
2211         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2212         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2213
2214         /*
2215          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2216          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2217          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2218          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2219          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2220          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2221          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2222          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2223          * dropped to zero at the first pass.
2224          */
2225         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2226                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2227
2228         init_tlb_ubc();
2229
2230         blk_start_plug(&plug);
2231         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2232                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2233                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2234                 unsigned long nr_scanned;
2235
2236                 for_each_evictable_lru(lru) {
2237                         if (nr[lru]) {
2238                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2239                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2240
2241                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2242                                                             lruvec, sc);
2243                         }
2244                 }
2245
2246                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2247                         continue;
2248
2249                 /*
2250                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2251                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2252                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2253                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2254                  * proportional to the original scan target.
2255                  */
2256                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2257                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2258
2259                 /*
2260                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2261                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2262                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2263                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2264                  */
2265                 if (!nr_file || !nr_anon)
2266                         break;
2267
2268                 if (nr_file > nr_anon) {
2269                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2270                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2271                         lru = LRU_BASE;
2272                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2273                 } else {
2274                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2275                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2276                         lru = LRU_FILE;
2277                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2278                 }
2279
2280                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2281                 nr[lru] = 0;
2282                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2283
2284                 /*
2285                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2286                  * scan target and the percentage scanning already complete
2287                  */
2288                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2289                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2290                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2291                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2292
2293                 lru += LRU_ACTIVE;
2294                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2295                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2296                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2297
2298                 scan_adjusted = true;
2299         }
2300         blk_finish_plug(&plug);
2301         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2302
2303         /*
2304          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2305          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2306          */
2307         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2308                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2309                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2310
2311         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2312 }
2313
2314 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2315 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2316 {
2317         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2318                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2319                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2320                 return true;
2321
2322         return false;
2323 }
2324
2325 /*
2326  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2327  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2328  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2329  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2330  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2331  */
2332 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2333                                         unsigned long nr_reclaimed,
2334                                         unsigned long nr_scanned,
2335                                         struct scan_control *sc)
2336 {
2337         unsigned long pages_for_compaction;
2338         unsigned long inactive_lru_pages;
2339
2340         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2341         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2342                 return false;
2343
2344         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2345         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2346                 /*
2347                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2348                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2349                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2350                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2351                  */
2352                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2353                         return false;
2354         } else {
2355                 /*
2356                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2357                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2358                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2359                  * pages that were scanned. This will return to the
2360                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2361                  * the resulting allocation attempt fails
2362                  */
2363                 if (!nr_reclaimed)
2364                         return false;
2365         }
2366
2367         /*
2368          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2369          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2370          */
2371         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2372         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2373         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2374                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2375         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2376                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2377                 return true;
2378
2379         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2380         switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, 0)) {
2381         case COMPACT_PARTIAL:
2382         case COMPACT_CONTINUE:
2383                 return false;
2384         default:
2385                 return true;
2386         }
2387 }
2388
2389 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc,
2390                         bool is_classzone)
2391 {
2392         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2393         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2394         bool reclaimable = false;
2395
2396         do {
2397                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2398                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2399                         .zone = zone,
2400                         .priority = sc->priority,
2401                 };
2402                 unsigned long zone_lru_pages = 0;
2403                 struct mem_cgroup *memcg;
2404
2405                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2406                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2407
2408                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2409                 do {
2410                         unsigned long lru_pages;
2411                         unsigned long reclaimed;
2412                         unsigned long scanned;
2413
2414                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2415                                 if (!sc->may_thrash)
2416                                         continue;
2417                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2418                         }
2419
2420                         reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2421                         scanned = sc->nr_scanned;
2422
2423                         shrink_zone_memcg(zone, memcg, sc, &lru_pages);
2424                         zone_lru_pages += lru_pages;
2425
2426                         if (memcg && is_classzone)
2427                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone),
2428                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2429                                             lru_pages);
2430
2431                         /* Record the group's reclaim efficiency */
2432                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2433                                    sc->nr_scanned - scanned,
2434                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2435
2436                         /*
2437                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2438                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2439                          * zone.
2440                          *
2441                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2442                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2443                          * retry with decreasing priority if one round over the
2444                          * whole hierarchy is not sufficient.
2445                          */
2446                         if (!global_reclaim(sc) &&
2447                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2448                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2449                                 break;
2450                         }
2451                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2452
2453                 /*
2454                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2455                  * the eligible LRU pages were scanned.
2456                  */
2457                 if (global_reclaim(sc) && is_classzone)
2458                         shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone), NULL,
2459                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2460                                     zone_lru_pages);
2461
2462                 if (reclaim_state) {
2463                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2464                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2465                 }
2466
2467                 /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2468                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2469                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2470                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2471
2472                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2473                         reclaimable = true;
2474
2475         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2476                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2477
2478         return reclaimable;
2479 }
2480
2481 /*
2482  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2483  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2484  */
2485 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2486 {
2487         unsigned long balance_gap, watermark;
2488         bool watermark_ok;
2489
2490         /*
2491          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2492          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2493          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2494          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2495          */
2496         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2497                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2498         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2499         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0);
2500
2501         /*
2502          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2503          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2504          */
2505         if (compaction_deferred(zone, order))
2506                 return watermark_ok;
2507
2508         /*
2509          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2510          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2511          */
2512         if (compaction_suitable(zone, order, 0, 0) == COMPACT_SKIPPED)
2513                 return false;
2514
2515         return watermark_ok;
2516 }
2517
2518 /*
2519  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2520  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2521  * request.
2522  *
2523  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2524  * Because:
2525  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2526  *    allocation or
2527  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2528  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2529  *    zone defense algorithm.
2530  *
2531  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2532  * scan then give up on it.
2533  */
2534 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2535 {
2536         struct zoneref *z;
2537         struct zone *zone;
2538         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2539         unsigned long nr_soft_scanned;
2540         gfp_t orig_mask;
2541         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2542
2543         /*
2544          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2545          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2546          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2547          */
2548         orig_mask = sc->gfp_mask;
2549         if (buffer_heads_over_limit)
2550                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2551
2552         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2553                                         requested_highidx, sc->nodemask) {
2554                 enum zone_type classzone_idx;
2555
2556                 if (!populated_zone(zone))
2557                         continue;
2558
2559                 classzone_idx = requested_highidx;
2560                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2561                                                         classzone_idx))
2562                         classzone_idx--;
2563
2564                 /*
2565                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2566                  * to global LRU.
2567                  */
2568                 if (global_reclaim(sc)) {
2569                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2570                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2571                                 continue;
2572
2573                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2574                             !zone_reclaimable(zone))
2575                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2576
2577                         /*
2578                          * If we already have plenty of memory free for
2579                          * compaction in this zone, don't free any more.
2580                          * Even though compaction is invoked for any
2581                          * non-zero order, only frequent costly order
2582                          * reclamation is disruptive enough to become a
2583                          * noticeable problem, like transparent huge
2584                          * page allocations.
2585                          */
2586                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2587                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2588                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2589                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2590                                 sc->compaction_ready = true;
2591                                 continue;
2592                         }
2593
2594                         /*
2595                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2596                          * and returns the number of reclaimed pages and
2597                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2598                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2599                          */
2600                         nr_soft_scanned = 0;
2601                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2602                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2603                                                 &nr_soft_scanned);
2604                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2605                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2606                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2607                 }
2608
2609                 shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone));
2610         }
2611
2612         /*
2613          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2614          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2615          */
2616         sc->gfp_mask = orig_mask;
2617 }
2618
2619 /*
2620  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2621  *
2622  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2623  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2624  *
2625  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2626  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2627  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2628  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2629  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2630  * work, and the allocation attempt will fail.
2631  *
2632  * returns:     0, if no pages reclaimed
2633  *              else, the number of pages reclaimed
2634  */
2635 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2636                                           struct scan_control *sc)
2637 {
2638         int initial_priority = sc->priority;
2639         unsigned long total_scanned = 0;
2640         unsigned long writeback_threshold;
2641 retry:
2642         delayacct_freepages_start();
2643
2644         if (global_reclaim(sc))
2645                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2646
2647         do {
2648                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2649                                 sc->priority);
2650                 sc->nr_scanned = 0;
2651                 shrink_zones(zonelist, sc);
2652
2653                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2654                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2655                         break;
2656
2657                 if (sc->compaction_ready)
2658                         break;
2659
2660                 /*
2661                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2662                  * writepage even in laptop mode.
2663                  */
2664                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2665                         sc->may_writepage = 1;
2666
2667                 /*
2668                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2669                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2670                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2671                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2672                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2673                  */
2674                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2675                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2676                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2677                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2678                         sc->may_writepage = 1;
2679                 }
2680         } while (--sc->priority >= 0);
2681
2682         delayacct_freepages_end();
2683
2684         if (sc->nr_reclaimed)
2685                 return sc->nr_reclaimed;
2686
2687         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2688         if (sc->compaction_ready)
2689                 return 1;
2690
2691         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2692         if (!sc->may_thrash) {
2693                 sc->priority = initial_priority;
2694                 sc->may_thrash = 1;
2695                 goto retry;
2696         }
2697
2698         return 0;
2699 }
2700
2701 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2702 {
2703         struct zone *zone;
2704         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2705         unsigned long free_pages = 0;
2706         int i;
2707         bool wmark_ok;
2708
2709         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2710                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2711                 if (!populated_zone(zone) ||
2712                     zone_reclaimable_pages(zone) == 0)
2713                         continue;
2714
2715                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2716                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2717         }
2718
2719         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2720         if (!pfmemalloc_reserve)
2721                 return true;
2722
2723         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2724
2725         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2726         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2727                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2728                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2729                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2730         }
2731
2732         return wmark_ok;
2733 }
2734
2735 /*
2736  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2737  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2738  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2739  * when the low watermark is reached.
2740  *
2741  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2742  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2743  */
2744 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2745                                         nodemask_t *nodemask)
2746 {
2747         struct zoneref *z;
2748         struct zone *zone;
2749         pg_data_t *pgdat = NULL;
2750
2751         /*
2752          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2753          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2754          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2755          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2756          * processes to block on log_wait_commit().
2757          */
2758         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2759                 goto out;
2760
2761         /*
2762          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2763          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2764          */
2765         if (fatal_signal_pending(current))
2766                 goto out;
2767
2768         /*
2769          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2770          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2771          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2772          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2773          *
2774          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2775          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2776          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2777          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2778          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2779          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2780          * should make reasonable progress.
2781          */
2782         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2783                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2784                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2785                         continue;
2786
2787                 /* Throttle based on the first usable node */
2788                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2789                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2790                         goto out;
2791                 break;
2792         }
2793
2794         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2795         if (!pgdat)
2796                 goto out;
2797
2798         /* Account for the throttling */
2799         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2800
2801         /*
2802          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2803          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2804          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2805          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2806          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2807          * second before continuing.
2808          */
2809         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2810                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2811                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2812
2813                 goto check_pending;
2814         }
2815
2816         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2817         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2818                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2819
2820 check_pending:
2821         if (fatal_signal_pending(current))
2822                 return true;
2823
2824 out:
2825         return false;
2826 }
2827
2828 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2829                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2830 {
2831         unsigned long nr_reclaimed;
2832         struct scan_control sc = {
2833                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2834                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2835                 .order = order,
2836                 .nodemask = nodemask,
2837                 .priority = DEF_PRIORITY,
2838                 .may_writepage = !laptop_mode,
2839                 .may_unmap = 1,
2840                 .may_swap = 1,
2841         };
2842
2843         /*
2844          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2845          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2846          * point.
2847          */
2848         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2849                 return 1;
2850
2851         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2852                                 sc.may_writepage,
2853                                 gfp_mask);
2854
2855         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2856
2857         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2858
2859         return nr_reclaimed;
2860 }
2861
2862 #ifdef CONFIG_MEMCG
2863
2864 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2865                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2866                                                 struct zone *zone,
2867                                                 unsigned long *nr_scanned)
2868 {
2869         struct scan_control sc = {
2870                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2871                 .target_mem_cgroup = memcg,
2872                 .may_writepage = !laptop_mode,
2873                 .may_unmap = 1,
2874                 .may_swap = !noswap,
2875         };
2876         unsigned long lru_pages;
2877
2878         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2879                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2880
2881         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2882                                                       sc.may_writepage,
2883                                                       sc.gfp_mask);
2884
2885         /*
2886          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2887          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2888          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2889          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2890          * the priority and make it zero.
2891          */
2892         shrink_zone_memcg(zone, memcg, &sc, &lru_pages);
2893
2894         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2895
2896         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2897         return sc.nr_reclaimed;
2898 }
2899
2900 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2901                                            unsigned long nr_pages,
2902                                            gfp_t gfp_mask,
2903                                            bool may_swap)
2904 {
2905         struct zonelist *zonelist;
2906         unsigned long nr_reclaimed;
2907         int nid;
2908         struct scan_control sc = {
2909                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2910                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2911                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2912                 .target_mem_cgroup = memcg,
2913                 .priority = DEF_PRIORITY,
2914                 .may_writepage = !laptop_mode,
2915                 .may_unmap = 1,
2916                 .may_swap = may_swap,
2917         };
2918
2919         /*
2920          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2921          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2922          * scan does not need to be the current node.
2923          */
2924         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2925
2926         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2927
2928         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2929                                             sc.may_writepage,
2930                                             sc.gfp_mask);
2931
2932         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2933
2934         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2935
2936         return nr_reclaimed;
2937 }
2938 #endif
2939
2940 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2941 {
2942         struct mem_cgroup *memcg;
2943
2944         if (!total_swap_pages)
2945                 return;
2946
2947         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2948         do {
2949                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2950
2951                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2952                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2953                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2954
2955                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2956         } while (memcg);
2957 }
2958
2959 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order, bool highorder,
2960                         unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2961 {
2962         unsigned long mark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap;
2963
2964         /*
2965          * When checking from pgdat_balanced(), kswapd should stop and sleep
2966          * when it reaches the high order-0 watermark and let kcompactd take
2967          * over. Other callers such as wakeup_kswapd() want to determine the
2968          * true high-order watermark.
2969          */
2970         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && !highorder) {
2971                 mark += (1UL << order);
2972                 order = 0;
2973         }
2974
2975         return zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx);
2976 }
2977
2978 /*
2979  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2980  *
2981  * For order-0, all zones must be balanced!
2982  *
2983  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2984  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2985  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2986  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2987  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2988  * imbalanced zones.
2989  * The choice of 25% is due to
2990  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2991  *     reasonable sized machine
2992  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2993  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2994  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2995  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2996  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2997  */
2998 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2999 {
3000         unsigned long managed_pages = 0;
3001         unsigned long balanced_pages = 0;
3002         int i;
3003
3004         /* Check the watermark levels */
3005         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3006                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3007
3008                 if (!populated_zone(zone))
3009                         continue;
3010
3011                 managed_pages += zone->managed_pages;
3012
3013                 /*
3014                  * A special case here:
3015                  *
3016                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
3017                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
3018                  * they must be considered balanced here as well!
3019                  */
3020                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
3021                         balanced_pages += zone->managed_pages;
3022                         continue;
3023                 }
3024
3025                 if (zone_balanced(zone, order, false, 0, i))
3026                         balanced_pages += zone->managed_pages;
3027                 else if (!order)
3028                         return false;
3029         }
3030
3031         if (order)
3032                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
3033         else
3034                 return true;
3035 }
3036
3037 /*
3038  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3039  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3040  *
3041  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3042  */
3043 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
3044                                         int classzone_idx)
3045 {
3046         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
3047         if (remaining)
3048                 return false;
3049
3050         /*
3051          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3052          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
3053          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3054          * throttled. There is also a potential race if processes get
3055          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3056          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3057          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3058          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3059          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3060          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3061          * that here we are under prepare_to_wait().
3062          */
3063         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3064                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3065
3066         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
3067 }
3068
3069 /*
3070  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
3071  * the high watermark.
3072  *
3073  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3074  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3075  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3076  */
3077 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
3078                                int classzone_idx,
3079                                struct scan_control *sc)
3080 {
3081         int testorder = sc->order;
3082         unsigned long balance_gap;
3083         bool lowmem_pressure;
3084
3085         /* Reclaim above the high watermark. */
3086         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
3087
3088         /*
3089          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
3090          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
3091          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
3092          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
3093          */
3094         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
3095                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
3096
3097         /*
3098          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
3099          * reclaim is necessary
3100          */
3101         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
3102         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder, false,
3103                                                 balance_gap, classzone_idx))
3104                 return true;
3105
3106         shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
3107
3108         clear_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
3109
3110         /*
3111          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
3112          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
3113          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
3114          * waits.
3115          */
3116         if (zone_reclaimable(zone) &&
3117             zone_balanced(zone, testorder, false, 0, classzone_idx)) {
3118                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3119                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3120         }
3121
3122         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3123 }
3124
3125 /*
3126  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
3127  * they are all at high_wmark_pages(zone).
3128  *
3129  * Returns the highest zone idx kswapd was reclaiming at
3130  *
3131  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
3132  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
3133  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
3134  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3135  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3136  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3137  * the zone for when the problem goes away.
3138  *
3139  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3140  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3141  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3142  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3143  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3144  * of pages is balanced across the zones.
3145  */
3146 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3147 {
3148         int i;
3149         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3150         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3151         unsigned long nr_soft_scanned;
3152         struct scan_control sc = {
3153                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3154                 .order = order,
3155                 .priority = DEF_PRIORITY,
3156                 .may_writepage = !laptop_mode,
3157                 .may_unmap = 1,
3158                 .may_swap = 1,
3159         };
3160         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3161
3162         do {
3163                 bool raise_priority = true;
3164
3165                 sc.nr_reclaimed = 0;
3166
3167                 /*
3168                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3169                  * zone which needs scanning
3170                  */
3171                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3172                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3173
3174                         if (!populated_zone(zone))
3175                                 continue;
3176
3177                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3178                             !zone_reclaimable(zone))
3179                                 continue;
3180
3181                         /*
3182                          * Do some background aging of the anon list, to give
3183                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3184                          */
3185                         age_active_anon(zone, &sc);
3186
3187                         /*
3188                          * If the number of buffer_heads in the machine
3189                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3190                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3191                          * it to relieve lowmem pressure.
3192                          */
3193                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3194                                 end_zone = i;
3195                                 break;
3196                         }
3197
3198                         if (!zone_balanced(zone, order, true, 0, 0)) {
3199                                 end_zone = i;
3200                                 break;
3201                         } else {
3202                                 /*
3203                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3204                                  * flags
3205                                  */
3206                                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3207                                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3208                         }
3209                 }
3210
3211                 if (i < 0)
3212                         goto out;
3213
3214                 /*
3215                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3216                  * even in laptop mode.
3217                  */
3218                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3219                         sc.may_writepage = 1;
3220
3221                 /*
3222                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3223                  * at the last zone which needs scanning.
3224                  *
3225                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3226                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3227                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3228                  * cause too much scanning of the lower zones.
3229                  */
3230                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3231                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3232
3233                         if (!populated_zone(zone))
3234                                 continue;
3235
3236                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3237                             !zone_reclaimable(zone))
3238                                 continue;
3239
3240                         sc.nr_scanned = 0;
3241
3242                         nr_soft_scanned = 0;
3243                         /*
3244                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3245                          */
3246                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3247                                                         order, sc.gfp_mask,
3248                                                         &nr_soft_scanned);
3249                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3250
3251                         /*
3252                          * There should be no need to raise the scanning
3253                          * priority if enough pages are already being scanned
3254                          * that that high watermark would be met at 100%
3255                          * efficiency.
3256                          */
3257                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc))
3258                                 raise_priority = false;
3259                 }
3260
3261                 /*
3262                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3263                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3264                  * able to safely make forward progress. Wake them
3265                  */
3266                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3267                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3268                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3269
3270                 /* Check if kswapd should be suspending */
3271                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3272                         break;
3273
3274                 /*
3275                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3276                  * progress in reclaiming pages
3277                  */
3278                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3279                         sc.priority--;
3280         } while (sc.priority >= 1 &&
3281                         !pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx));
3282
3283 out:
3284         /*
3285          * Return the highest zone idx we were reclaiming at so
3286          * prepare_kswapd_sleep() makes the same decisions as here.
3287          */
3288         return end_zone;
3289 }
3290
3291 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3292                                 int classzone_idx, int balanced_classzone_idx)
3293 {
3294         long remaining = 0;
3295         DEFINE_WAIT(wait);
3296
3297         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3298                 return;
3299
3300         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3301
3302         /* Try to sleep for a short interval */
3303         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3304                                                 balanced_classzone_idx)) {
3305                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3306                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3307                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3308         }
3309
3310         /*
3311          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3312          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3313          */
3314         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining,
3315                                                 balanced_classzone_idx)) {
3316                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3317
3318                 /*
3319                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3320                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3321                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3322                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3323                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3324                  * them before going back to sleep.
3325                  */
3326                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3327
3328                 /*
3329                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3330                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3331                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3332                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3333                  */
3334                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3335
3336                 /*
3337                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3338                  * allocation of the requested order possible.
3339                  */
3340                 wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3341
3342                 if (!kthread_should_stop())
3343                         schedule();
3344
3345                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3346         } else {
3347                 if (remaining)
3348                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3349                 else
3350                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3351         }
3352         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3353 }
3354
3355 /*
3356  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3357  * from the init process.
3358  *
3359  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3360  * free memory available even if there is no other activity
3361  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3362  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3363  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3364  *
3365  * If there are applications that are active memory-allocators
3366  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3367  */
3368 static int kswapd(void *p)
3369 {
3370         unsigned long order, new_order;
3371         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3372         int balanced_classzone_idx;
3373         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3374         struct task_struct *tsk = current;
3375
3376         struct reclaim_state reclaim_state = {
3377                 .reclaimed_slab = 0,
3378         };
3379         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3380
3381         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3382
3383         if (!cpumask_empty(cpumask))
3384                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3385         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3386
3387         /*
3388          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3389          * and that if we need more memory we should get access to it
3390          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3391          * never get caught in the normal page freeing logic.
3392          *
3393          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3394          * you need a small amount of memory in order to be able to
3395          * page out something else, and this flag essentially protects
3396          * us from recursively trying to free more memory as we're
3397          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3398          */
3399         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3400         set_freezable();
3401
3402         order = new_order = 0;
3403         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3404         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3405         for ( ; ; ) {
3406                 bool ret;
3407
3408                 /*
3409                  * While we were reclaiming, there might have been another
3410                  * wakeup, so check the values.
3411                  */
3412                 new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3413                 new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3414                 pgdat->kswapd_max_order =  0;
3415                 pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3416
3417                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3418                         /*
3419                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3420                          * allocation or has tigher zone constraints
3421                          */
3422                         order = new_order;
3423                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3424                 } else {
3425                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, order, classzone_idx,
3426                                                 balanced_classzone_idx);
3427                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3428                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3429                         new_order = order;
3430                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3431                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3432                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3433                 }
3434
3435                 ret = try_to_freeze();
3436                 if (kthread_should_stop())
3437                         break;
3438
3439                 /*
3440                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3441                  * after returning from the refrigerator
3442                  */
3443                 if (!ret) {
3444                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3445                         balanced_classzone_idx = balance_pgdat(pgdat, order,
3446                                                                 classzone_idx);
3447                 }
3448         }
3449
3450         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3451         current->reclaim_state = NULL;
3452         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3453
3454         return 0;
3455 }
3456
3457 /*
3458  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3459  */
3460 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3461 {
3462         pg_data_t *pgdat;
3463
3464         if (!populated_zone(zone))
3465                 return;
3466
3467         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3468                 return;
3469         pgdat = zone->zone_pgdat;
3470         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3471                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3472                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3473         }
3474         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3475                 return;
3476         if (zone_balanced(zone, order, true, 0, 0))
3477                 return;
3478
3479         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3480         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3481 }
3482
3483 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3484 /*
3485  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3486  * freed pages.
3487  *
3488  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3489  * LRU order by reclaiming preferentially
3490  * inactive > active > active referenced > active mapped
3491  */
3492 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3493 {
3494         struct reclaim_state reclaim_state;
3495         struct scan_control sc = {
3496                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3497                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3498                 .priority = DEF_PRIORITY,
3499                 .may_writepage = 1,
3500                 .may_unmap = 1,
3501                 .may_swap = 1,
3502                 .hibernation_mode = 1,
3503         };
3504         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3505         struct task_struct *p = current;
3506         unsigned long nr_reclaimed;
3507
3508         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3509         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3510         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3511         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3512
3513         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3514
3515         p->reclaim_state = NULL;
3516         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3517         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3518
3519         return nr_reclaimed;
3520 }
3521 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3522
3523 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3524    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3525    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3526    restore their cpu bindings. */
3527 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3528                         void *hcpu)
3529 {
3530         int nid;
3531
3532         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3533                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3534                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3535                         const struct cpumask *mask;
3536
3537                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3538
3539                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3540                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3541                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3542                 }
3543         }
3544         return NOTIFY_OK;
3545 }
3546
3547 /*
3548  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3549  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3550  */
3551 int kswapd_run(int nid)
3552 {
3553         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3554         int ret = 0;
3555
3556         if (pgdat->kswapd)
3557                 return 0;
3558
3559         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3560         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3561                 /* failure at boot is fatal */
3562                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3563                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3564                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3565                 pgdat->kswapd = NULL;
3566         }
3567         return ret;
3568 }
3569
3570 /*
3571  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3572  * hold mem_hotplug_begin/end().
3573  */
3574 void kswapd_stop(int nid)
3575 {
3576         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3577
3578         if (kswapd) {
3579                 kthread_stop(kswapd);
3580                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3581         }
3582 }
3583
3584 static int __init kswapd_init(void)
3585 {
3586         int nid;
3587
3588         swap_setup();
3589         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3590                 kswapd_run(nid);
3591         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3592         return 0;
3593 }
3594
3595 module_init(kswapd_init)
3596
3597 #ifdef CONFIG_NUMA
3598 /*
3599  * Zone reclaim mode
3600  *
3601  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3602  * the watermarks.
3603  */
3604 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3605
3606 #define RECLAIM_OFF 0
3607 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3608 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3609 #define RECLAIM_UNMAP (1<<2)    /* Unmap pages during reclaim */
3610
3611 /*
3612  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3613  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3614  * a zone.
3615  */
3616 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3617
3618 /*
3619  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3620  * occur.
3621  */
3622 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3623
3624 /*
3625  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3626  * slab reclaim needs to occur.
3627  */
3628 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3629
3630 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3631 {
3632         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3633         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3634                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3635
3636         /*
3637          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3638          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3639          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3640          */
3641         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3642 }
3643
3644 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3645 static unsigned long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3646 {
3647         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
3648         unsigned long delta = 0;
3649
3650         /*
3651          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
3652          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3653          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3654          * a better estimate
3655          */
3656         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
3657                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3658         else
3659                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3660
3661         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3662         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3663                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3664
3665         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3666         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3667                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3668
3669         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3670 }
3671
3672 /*
3673  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3674  */
3675 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3676 {
3677         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3678         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3679         struct task_struct *p = current;
3680         struct reclaim_state reclaim_state;
3681         struct scan_control sc = {
3682                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3683                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3684                 .order = order,
3685                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3686                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3687                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
3688                 .may_swap = 1,
3689         };
3690
3691         cond_resched();
3692         /*
3693          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
3694          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3695          * and RECLAIM_UNMAP.
3696          */
3697         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3698         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3699         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3700         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3701
3702         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3703                 /*
3704                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3705                  * priorities until we have enough memory freed.
3706                  */
3707                 do {
3708                         shrink_zone(zone, &sc, true);
3709                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3710         }
3711
3712         p->reclaim_state = NULL;
3713         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3714         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3715         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3716 }
3717
3718 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3719 {
3720         int node_id;
3721         int ret;
3722
3723         /*
3724          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3725          * slab pages if we are over the defined limits.
3726          *
3727          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3728          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3729          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3730          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3731          * unmapped file backed pages.
3732          */
3733         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3734             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3735                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3736
3737         if (!zone_reclaimable(zone))
3738                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3739
3740         /*
3741          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3742          */
3743         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3744                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3745
3746         /*
3747          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3748          * have associated processors. This will favor the local processor
3749          * over remote processors and spread off node memory allocations
3750          * as wide as possible.
3751          */
3752         node_id = zone_to_nid(zone);
3753         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3754                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3755
3756         if (test_and_set_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags))
3757                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3758
3759         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3760         clear_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags);
3761
3762         if (!ret)
3763                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3764
3765         return ret;
3766 }
3767 #endif
3768
3769 /*
3770  * page_evictable - test whether a page is evictable
3771  * @page: the page to test
3772  *
3773  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3774  * lists vs unevictable list.
3775  *
3776  * Reasons page might not be evictable:
3777  * (1) page's mapping marked unevictable
3778  * (2) page is part of an mlocked VMA
3779  *
3780  */
3781 int page_evictable(struct page *page)
3782 {
3783         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3784 }
3785
3786 #ifdef CONFIG_SHMEM
3787 /**
3788  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3789  * @pages:      array of pages to check
3790  * @nr_pages:   number of pages to check
3791  *
3792  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3793  *
3794  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3795  */
3796 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3797 {
3798         struct lruvec *lruvec;
3799         struct zone *zone = NULL;
3800         int pgscanned = 0;
3801         int pgrescued = 0;
3802         int i;
3803
3804         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3805                 struct page *page = pages[i];
3806                 struct zone *pagezone;
3807
3808                 pgscanned++;
3809                 pagezone = page_zone(page);
3810                 if (pagezone != zone) {
3811                         if (zone)
3812                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3813                         zone = pagezone;
3814                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3815                 }
3816                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3817
3818                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3819                         continue;
3820
3821                 if (page_evictable(page)) {
3822                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3823
3824                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3825                         ClearPageUnevictable(page);
3826                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3827                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3828                         pgrescued++;
3829                 }
3830         }
3831
3832         if (zone) {
3833                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3834                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3835                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3836         }
3837 }
3838 #endif /* CONFIG_SHMEM */