f46339870147fef6604d15f0a540046b4d12e220
[cascardo/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
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include <asm/div64.h>
52
53 #include <linux/swapops.h>
54 #include <linux/balloon_compaction.h>
55
56 #include "internal.h"
57
58 #define CREATE_TRACE_POINTS
59 #include <trace/events/vmscan.h>
60
61 struct scan_control {
62         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
63         unsigned long nr_to_reclaim;
64
65         /* This context's GFP mask */
66         gfp_t gfp_mask;
67
68         /* Allocation order */
69         int order;
70
71         /*
72          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
73          * are scanned.
74          */
75         nodemask_t      *nodemask;
76
77         /*
78          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
79          * primary target of this reclaim invocation.
80          */
81         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
82
83         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
84         int priority;
85
86         unsigned int may_writepage:1;
87
88         /* Can mapped pages be reclaimed? */
89         unsigned int may_unmap:1;
90
91         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
92         unsigned int may_swap:1;
93
94         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
95         unsigned int may_thrash:1;
96
97         unsigned int hibernation_mode:1;
98
99         /* One of the zones is ready for compaction */
100         unsigned int compaction_ready:1;
101
102         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
103         unsigned long nr_scanned;
104
105         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
106         unsigned long nr_reclaimed;
107 };
108
109 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
110
111 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
112 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
113         do {                                                            \
114                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
115                         struct page *prev;                              \
116                                                                         \
117                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
118                         prefetch(&prev->_field);                        \
119                 }                                                       \
120         } while (0)
121 #else
122 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
123 #endif
124
125 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
126 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
127         do {                                                            \
128                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
129                         struct page *prev;                              \
130                                                                         \
131                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
132                         prefetchw(&prev->_field);                       \
133                 }                                                       \
134         } while (0)
135 #else
136 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
137 #endif
138
139 /*
140  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
141  */
142 int vm_swappiness = 60;
143 /*
144  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
145  * zones.
146  */
147 unsigned long vm_total_pages;
148
149 static LIST_HEAD(shrinker_list);
150 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
151
152 #ifdef CONFIG_MEMCG
153 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
154 {
155         return !sc->target_mem_cgroup;
156 }
157 #else
158 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
159 {
160         return true;
161 }
162 #endif
163
164 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
165 {
166         int nr;
167
168         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
169              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
170
171         if (get_nr_swap_pages() > 0)
172                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
173                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
174
175         return nr;
176 }
177
178 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
179 {
180         return zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED) <
181                 zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
182 }
183
184 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
185 {
186         if (!mem_cgroup_disabled())
187                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
188
189         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
190 }
191
192 /*
193  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
194  */
195 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
196 {
197         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
198
199         /*
200          * If we only have one possible node in the system anyway, save
201          * ourselves the trouble and disable NUMA aware behavior. This way we
202          * will save memory and some small loop time later.
203          */
204         if (nr_node_ids == 1)
205                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_NUMA_AWARE;
206
207         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
208                 size *= nr_node_ids;
209
210         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
211         if (!shrinker->nr_deferred)
212                 return -ENOMEM;
213
214         down_write(&shrinker_rwsem);
215         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
216         up_write(&shrinker_rwsem);
217         return 0;
218 }
219 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
220
221 /*
222  * Remove one
223  */
224 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
225 {
226         down_write(&shrinker_rwsem);
227         list_del(&shrinker->list);
228         up_write(&shrinker_rwsem);
229         kfree(shrinker->nr_deferred);
230 }
231 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
232
233 #define SHRINK_BATCH 128
234
235 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
236                                     struct shrinker *shrinker,
237                                     unsigned long nr_scanned,
238                                     unsigned long nr_eligible)
239 {
240         unsigned long freed = 0;
241         unsigned long long delta;
242         long total_scan;
243         long freeable;
244         long nr;
245         long new_nr;
246         int nid = shrinkctl->nid;
247         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
248                                           : SHRINK_BATCH;
249
250         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
251         if (freeable == 0)
252                 return 0;
253
254         /*
255          * copy the current shrinker scan count into a local variable
256          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
257          * don't also do this scanning work.
258          */
259         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
260
261         total_scan = nr;
262         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
263         delta *= freeable;
264         do_div(delta, nr_eligible + 1);
265         total_scan += delta;
266         if (total_scan < 0) {
267                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
268                        shrinker->scan_objects, total_scan);
269                 total_scan = freeable;
270         }
271
272         /*
273          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
274          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
275          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
276          * nr being built up so when a shrink that can do some work
277          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
278          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
279          * memory.
280          *
281          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
282          * a large delta change is calculated directly.
283          */
284         if (delta < freeable / 4)
285                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
286
287         /*
288          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
289          * never try to free more than twice the estimate number of
290          * freeable entries.
291          */
292         if (total_scan > freeable * 2)
293                 total_scan = freeable * 2;
294
295         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
296                                    nr_scanned, nr_eligible,
297                                    freeable, delta, total_scan);
298
299         /*
300          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
301          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
302          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
303          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
304          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
305          * objects spread over several slabs with usage less than the
306          * batch_size.
307          *
308          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
309          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
310          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
311          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
312          * possible.
313          */
314         while (total_scan >= batch_size ||
315                total_scan >= freeable) {
316                 unsigned long ret;
317                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
318
319                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
320                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
321                 if (ret == SHRINK_STOP)
322                         break;
323                 freed += ret;
324
325                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
326                 total_scan -= nr_to_scan;
327
328                 cond_resched();
329         }
330
331         /*
332          * move the unused scan count back into the shrinker in a
333          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
334          * scan, there is no need to do an update.
335          */
336         if (total_scan > 0)
337                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
338                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
339         else
340                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
341
342         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
343         return freed;
344 }
345
346 /**
347  * shrink_slab - shrink slab caches
348  * @gfp_mask: allocation context
349  * @nid: node whose slab caches to target
350  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
351  * @nr_scanned: pressure numerator
352  * @nr_eligible: pressure denominator
353  *
354  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
355  *
356  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
357  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
358  *
359  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
360  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
361  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise all shrinkers
362  * are called, and memcg aware shrinkers are supposed to scan the
363  * global list then.
364  *
365  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
366  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
367  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
368  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
369  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
370  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
371  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
372  *
373  * Returns the number of reclaimed slab objects.
374  */
375 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
376                                  struct mem_cgroup *memcg,
377                                  unsigned long nr_scanned,
378                                  unsigned long nr_eligible)
379 {
380         struct shrinker *shrinker;
381         unsigned long freed = 0;
382
383         if (memcg && !memcg_kmem_is_active(memcg))
384                 return 0;
385
386         if (nr_scanned == 0)
387                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
388
389         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
390                 /*
391                  * If we would return 0, our callers would understand that we
392                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
393                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
394                  * time.
395                  */
396                 freed = 1;
397                 goto out;
398         }
399
400         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
401                 struct shrink_control sc = {
402                         .gfp_mask = gfp_mask,
403                         .nid = nid,
404                         .memcg = memcg,
405                 };
406
407                 if (memcg && !(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
408                         continue;
409
410                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
411                         sc.nid = 0;
412
413                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
414         }
415
416         up_read(&shrinker_rwsem);
417 out:
418         cond_resched();
419         return freed;
420 }
421
422 void drop_slab_node(int nid)
423 {
424         unsigned long freed;
425
426         do {
427                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
428
429                 freed = 0;
430                 do {
431                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
432                                              1000, 1000);
433                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
434         } while (freed > 10);
435 }
436
437 void drop_slab(void)
438 {
439         int nid;
440
441         for_each_online_node(nid)
442                 drop_slab_node(nid);
443 }
444
445 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
446 {
447         /*
448          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
449          * that isolated the page, the page cache radix tree and
450          * optional buffer heads at page->private.
451          */
452         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
453 }
454
455 static int may_write_to_inode(struct inode *inode, struct scan_control *sc)
456 {
457         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
458                 return 1;
459         if (!inode_write_congested(inode))
460                 return 1;
461         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
462                 return 1;
463         return 0;
464 }
465
466 /*
467  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
468  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
469  * fsync(), msync() or close().
470  *
471  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
472  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
473  * that page is locked, the mapping is pinned.
474  *
475  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
476  * __GFP_FS.
477  */
478 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
479                                 struct page *page, int error)
480 {
481         lock_page(page);
482         if (page_mapping(page) == mapping)
483                 mapping_set_error(mapping, error);
484         unlock_page(page);
485 }
486
487 /* possible outcome of pageout() */
488 typedef enum {
489         /* failed to write page out, page is locked */
490         PAGE_KEEP,
491         /* move page to the active list, page is locked */
492         PAGE_ACTIVATE,
493         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
494         PAGE_SUCCESS,
495         /* page is clean and locked */
496         PAGE_CLEAN,
497 } pageout_t;
498
499 /*
500  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
501  * Calls ->writepage().
502  */
503 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
504                          struct scan_control *sc)
505 {
506         /*
507          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
508          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
509          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
510          * stalls if we need to run get_block().  We could test
511          * PagePrivate for that.
512          *
513          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
514          * this page's queue, we can perform writeback even if that
515          * will block.
516          *
517          * If the page is swapcache, write it back even if that would
518          * block, for some throttling. This happens by accident, because
519          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
520          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
521          */
522         if (!is_page_cache_freeable(page))
523                 return PAGE_KEEP;
524         if (!mapping) {
525                 /*
526                  * Some data journaling orphaned pages can have
527                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
528                  */
529                 if (page_has_private(page)) {
530                         if (try_to_free_buffers(page)) {
531                                 ClearPageDirty(page);
532                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
533                                 return PAGE_CLEAN;
534                         }
535                 }
536                 return PAGE_KEEP;
537         }
538         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
539                 return PAGE_ACTIVATE;
540         if (!may_write_to_inode(mapping->host, sc))
541                 return PAGE_KEEP;
542
543         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
544                 int res;
545                 struct writeback_control wbc = {
546                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
547                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
548                         .range_start = 0,
549                         .range_end = LLONG_MAX,
550                         .for_reclaim = 1,
551                 };
552
553                 SetPageReclaim(page);
554                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
555                 if (res < 0)
556                         handle_write_error(mapping, page, res);
557                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
558                         ClearPageReclaim(page);
559                         return PAGE_ACTIVATE;
560                 }
561
562                 if (!PageWriteback(page)) {
563                         /* synchronous write or broken a_ops? */
564                         ClearPageReclaim(page);
565                 }
566                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
567                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
568                 return PAGE_SUCCESS;
569         }
570
571         return PAGE_CLEAN;
572 }
573
574 /*
575  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
576  * gets returned with a refcount of 0.
577  */
578 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
579                             bool reclaimed)
580 {
581         unsigned long flags;
582         struct mem_cgroup *memcg;
583
584         BUG_ON(!PageLocked(page));
585         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
586
587         memcg = mem_cgroup_begin_page_stat(page);
588         spin_lock_irqsave(&mapping->tree_lock, flags);
589         /*
590          * The non racy check for a busy page.
591          *
592          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
593          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
594          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
595          * here, then the following race may occur:
596          *
597          * get_user_pages(&page);
598          * [user mapping goes away]
599          * write_to(page);
600          *                              !PageDirty(page)    [good]
601          * SetPageDirty(page);
602          * put_page(page);
603          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
604          *
605          * [oops, our write_to data is lost]
606          *
607          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
608          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
609          * load is not satisfied before that of page->_count.
610          *
611          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
612          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
613          */
614         if (!page_freeze_refs(page, 2))
615                 goto cannot_free;
616         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
617         if (unlikely(PageDirty(page))) {
618                 page_unfreeze_refs(page, 2);
619                 goto cannot_free;
620         }
621
622         if (PageSwapCache(page)) {
623                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
624                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
625                 __delete_from_swap_cache(page);
626                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
627                 mem_cgroup_end_page_stat(memcg);
628                 swapcache_free(swap);
629         } else {
630                 void (*freepage)(struct page *);
631                 void *shadow = NULL;
632
633                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
634                 /*
635                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
636                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
637                  *
638                  * But don't store shadows in an address space that is
639                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
640                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
641                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
642                  * back.
643                  */
644                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
645                     !mapping_exiting(mapping))
646                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
647                 __delete_from_page_cache(page, shadow, memcg);
648                 spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
649                 mem_cgroup_end_page_stat(memcg);
650
651                 if (freepage != NULL)
652                         freepage(page);
653         }
654
655         return 1;
656
657 cannot_free:
658         spin_unlock_irqrestore(&mapping->tree_lock, flags);
659         mem_cgroup_end_page_stat(memcg);
660         return 0;
661 }
662
663 /*
664  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
665  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
666  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
667  * this page.
668  */
669 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
670 {
671         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
672                 /*
673                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
674                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
675                  * atomic operation.
676                  */
677                 page_unfreeze_refs(page, 1);
678                 return 1;
679         }
680         return 0;
681 }
682
683 /**
684  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
685  * @page: page to be put back to appropriate lru list
686  *
687  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
688  * Page may still be unevictable for other reasons.
689  *
690  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
691  */
692 void putback_lru_page(struct page *page)
693 {
694         bool is_unevictable;
695         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
696
697         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
698
699 redo:
700         ClearPageUnevictable(page);
701
702         if (page_evictable(page)) {
703                 /*
704                  * For evictable pages, we can use the cache.
705                  * In event of a race, worst case is we end up with an
706                  * unevictable page on [in]active list.
707                  * We know how to handle that.
708                  */
709                 is_unevictable = false;
710                 lru_cache_add(page);
711         } else {
712                 /*
713                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
714                  * list.
715                  */
716                 is_unevictable = true;
717                 add_page_to_unevictable_list(page);
718                 /*
719                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
720                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
721                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
722                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
723                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
724                  * the page back to the evictable list.
725                  *
726                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
727                  */
728                 smp_mb();
729         }
730
731         /*
732          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
733          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
734          * check after we added it to the list, again.
735          */
736         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
737                 if (!isolate_lru_page(page)) {
738                         put_page(page);
739                         goto redo;
740                 }
741                 /* This means someone else dropped this page from LRU
742                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
743                  * nothing to do here.
744                  */
745         }
746
747         if (was_unevictable && !is_unevictable)
748                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
749         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
750                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
751
752         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
753 }
754
755 enum page_references {
756         PAGEREF_RECLAIM,
757         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
758         PAGEREF_KEEP,
759         PAGEREF_ACTIVATE,
760 };
761
762 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
763                                                   struct scan_control *sc)
764 {
765         int referenced_ptes, referenced_page;
766         unsigned long vm_flags;
767
768         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
769                                           &vm_flags);
770         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
771
772         /*
773          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
774          * move the page to the unevictable list.
775          */
776         if (vm_flags & VM_LOCKED)
777                 return PAGEREF_RECLAIM;
778
779         if (referenced_ptes) {
780                 if (PageSwapBacked(page))
781                         return PAGEREF_ACTIVATE;
782                 /*
783                  * All mapped pages start out with page table
784                  * references from the instantiating fault, so we need
785                  * to look twice if a mapped file page is used more
786                  * than once.
787                  *
788                  * Mark it and spare it for another trip around the
789                  * inactive list.  Another page table reference will
790                  * lead to its activation.
791                  *
792                  * Note: the mark is set for activated pages as well
793                  * so that recently deactivated but used pages are
794                  * quickly recovered.
795                  */
796                 SetPageReferenced(page);
797
798                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
799                         return PAGEREF_ACTIVATE;
800
801                 /*
802                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
803                  */
804                 if (vm_flags & VM_EXEC)
805                         return PAGEREF_ACTIVATE;
806
807                 return PAGEREF_KEEP;
808         }
809
810         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
811         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
812                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
813
814         return PAGEREF_RECLAIM;
815 }
816
817 /* Check if a page is dirty or under writeback */
818 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
819                                        bool *dirty, bool *writeback)
820 {
821         struct address_space *mapping;
822
823         /*
824          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
825          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
826          */
827         if (!page_is_file_cache(page)) {
828                 *dirty = false;
829                 *writeback = false;
830                 return;
831         }
832
833         /* By default assume that the page flags are accurate */
834         *dirty = PageDirty(page);
835         *writeback = PageWriteback(page);
836
837         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
838         if (!page_has_private(page))
839                 return;
840
841         mapping = page_mapping(page);
842         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
843                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
844 }
845
846 /*
847  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
848  */
849 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
850                                       struct zone *zone,
851                                       struct scan_control *sc,
852                                       enum ttu_flags ttu_flags,
853                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
854                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
855                                       unsigned long *ret_nr_congested,
856                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
857                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
858                                       bool force_reclaim)
859 {
860         LIST_HEAD(ret_pages);
861         LIST_HEAD(free_pages);
862         int pgactivate = 0;
863         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
864         unsigned long nr_dirty = 0;
865         unsigned long nr_congested = 0;
866         unsigned long nr_reclaimed = 0;
867         unsigned long nr_writeback = 0;
868         unsigned long nr_immediate = 0;
869
870         cond_resched();
871
872         while (!list_empty(page_list)) {
873                 struct address_space *mapping;
874                 struct page *page;
875                 int may_enter_fs;
876                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
877                 bool dirty, writeback;
878
879                 cond_resched();
880
881                 page = lru_to_page(page_list);
882                 list_del(&page->lru);
883
884                 if (!trylock_page(page))
885                         goto keep;
886
887                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
888                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
889
890                 sc->nr_scanned++;
891
892                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
893                         goto cull_mlocked;
894
895                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
896                         goto keep_locked;
897
898                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
899                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
900                         sc->nr_scanned++;
901
902                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
903                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
904
905                 /*
906                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
907                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
908                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
909                  * is all dirty unqueued pages.
910                  */
911                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
912                 if (dirty || writeback)
913                         nr_dirty++;
914
915                 if (dirty && !writeback)
916                         nr_unqueued_dirty++;
917
918                 /*
919                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
920                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
921                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
922                  * end of the LRU a second time.
923                  */
924                 mapping = page_mapping(page);
925                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
926                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
927                     (writeback && PageReclaim(page)))
928                         nr_congested++;
929
930                 /*
931                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
932                  * are three cases to consider.
933                  *
934                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
935                  *    under writeback and this page is both under writeback and
936                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
937                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
938                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
939                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
940                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
941                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
942                  *    caller can stall after page list has been processed.
943                  *
944                  * 2) Global reclaim encounters a page, memcg encounters a
945                  *    page that is not marked for immediate reclaim or
946                  *    the caller does not have __GFP_IO. In this case mark
947                  *    the page for immediate reclaim and continue scanning.
948                  *
949                  *    __GFP_IO is checked  because a loop driver thread might
950                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
951                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
952                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
953                  *    would probably show more reasons.
954                  *
955                  *    Don't require __GFP_FS, since we're not going into the
956                  *    FS, just waiting on its writeback completion. Worryingly,
957                  *    ext4 gfs2 and xfs allocate pages with
958                  *    grab_cache_page_write_begin(,,AOP_FLAG_NOFS), so testing
959                  *    may_enter_fs here is liable to OOM on them.
960                  *
961                  * 3) memcg encounters a page that is not already marked
962                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
963                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
964                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
965                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
966                  */
967                 if (PageWriteback(page)) {
968                         /* Case 1 above */
969                         if (current_is_kswapd() &&
970                             PageReclaim(page) &&
971                             test_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags)) {
972                                 nr_immediate++;
973                                 goto keep_locked;
974
975                         /* Case 2 above */
976                         } else if (global_reclaim(sc) ||
977                             !PageReclaim(page) || !(sc->gfp_mask & __GFP_IO)) {
978                                 /*
979                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
980                                  * might have just cleared PageReclaim, then
981                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
982                                  * as PageReadahead - but that does not matter
983                                  * enough to care.  What we do want is for this
984                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
985                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
986                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
987                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
988                                  */
989                                 SetPageReclaim(page);
990                                 nr_writeback++;
991
992                                 goto keep_locked;
993
994                         /* Case 3 above */
995                         } else {
996                                 wait_on_page_writeback(page);
997                         }
998                 }
999
1000                 if (!force_reclaim)
1001                         references = page_check_references(page, sc);
1002
1003                 switch (references) {
1004                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1005                         goto activate_locked;
1006                 case PAGEREF_KEEP:
1007                         goto keep_locked;
1008                 case PAGEREF_RECLAIM:
1009                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1010                         ; /* try to reclaim the page below */
1011                 }
1012
1013                 /*
1014                  * Anonymous process memory has backing store?
1015                  * Try to allocate it some swap space here.
1016                  */
1017                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1018                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1019                                 goto keep_locked;
1020                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1021                                 goto activate_locked;
1022                         may_enter_fs = 1;
1023
1024                         /* Adding to swap updated mapping */
1025                         mapping = page_mapping(page);
1026                 }
1027
1028                 /*
1029                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1030                  * processes. Try to unmap it here.
1031                  */
1032                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1033                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
1034                         case SWAP_FAIL:
1035                                 goto activate_locked;
1036                         case SWAP_AGAIN:
1037                                 goto keep_locked;
1038                         case SWAP_MLOCK:
1039                                 goto cull_mlocked;
1040                         case SWAP_SUCCESS:
1041                                 ; /* try to free the page below */
1042                         }
1043                 }
1044
1045                 if (PageDirty(page)) {
1046                         /*
1047                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1048                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1049                          * if many dirty pages have been encountered.
1050                          */
1051                         if (page_is_file_cache(page) &&
1052                                         (!current_is_kswapd() ||
1053                                          !test_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags))) {
1054                                 /*
1055                                  * Immediately reclaim when written back.
1056                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1057                                  * except we already have the page isolated
1058                                  * and know it's dirty
1059                                  */
1060                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1061                                 SetPageReclaim(page);
1062
1063                                 goto keep_locked;
1064                         }
1065
1066                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1067                                 goto keep_locked;
1068                         if (!may_enter_fs)
1069                                 goto keep_locked;
1070                         if (!sc->may_writepage)
1071                                 goto keep_locked;
1072
1073                         /* Page is dirty, try to write it out here */
1074                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1075                         case PAGE_KEEP:
1076                                 goto keep_locked;
1077                         case PAGE_ACTIVATE:
1078                                 goto activate_locked;
1079                         case PAGE_SUCCESS:
1080                                 if (PageWriteback(page))
1081                                         goto keep;
1082                                 if (PageDirty(page))
1083                                         goto keep;
1084
1085                                 /*
1086                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1087                                  * ahead and try to reclaim the page.
1088                                  */
1089                                 if (!trylock_page(page))
1090                                         goto keep;
1091                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1092                                         goto keep_locked;
1093                                 mapping = page_mapping(page);
1094                         case PAGE_CLEAN:
1095                                 ; /* try to free the page below */
1096                         }
1097                 }
1098
1099                 /*
1100                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1101                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1102                  * the page as well.
1103                  *
1104                  * We do this even if the page is PageDirty().
1105                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1106                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1107                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1108                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1109                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1110                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1111                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1112                  *
1113                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1114                  * the pages which were not successfully invalidated in
1115                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1116                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1117                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1118                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1119                  */
1120                 if (page_has_private(page)) {
1121                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1122                                 goto activate_locked;
1123                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1124                                 unlock_page(page);
1125                                 if (put_page_testzero(page))
1126                                         goto free_it;
1127                                 else {
1128                                         /*
1129                                          * rare race with speculative reference.
1130                                          * the speculative reference will free
1131                                          * this page shortly, so we may
1132                                          * increment nr_reclaimed here (and
1133                                          * leave it off the LRU).
1134                                          */
1135                                         nr_reclaimed++;
1136                                         continue;
1137                                 }
1138                         }
1139                 }
1140
1141                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1142                         goto keep_locked;
1143
1144                 /*
1145                  * At this point, we have no other references and there is
1146                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1147                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1148                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1149                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1150                  */
1151                 __clear_page_locked(page);
1152 free_it:
1153                 nr_reclaimed++;
1154
1155                 /*
1156                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1157                  * appear not as the counts should be low
1158                  */
1159                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1160                 continue;
1161
1162 cull_mlocked:
1163                 if (PageSwapCache(page))
1164                         try_to_free_swap(page);
1165                 unlock_page(page);
1166                 putback_lru_page(page);
1167                 continue;
1168
1169 activate_locked:
1170                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1171                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
1172                         try_to_free_swap(page);
1173                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1174                 SetPageActive(page);
1175                 pgactivate++;
1176 keep_locked:
1177                 unlock_page(page);
1178 keep:
1179                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1180                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1181         }
1182
1183         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1184         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1185
1186         list_splice(&ret_pages, page_list);
1187         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1188
1189         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1190         *ret_nr_congested += nr_congested;
1191         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1192         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1193         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1194         return nr_reclaimed;
1195 }
1196
1197 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1198                                             struct list_head *page_list)
1199 {
1200         struct scan_control sc = {
1201                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1202                 .priority = DEF_PRIORITY,
1203                 .may_unmap = 1,
1204         };
1205         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1206         struct page *page, *next;
1207         LIST_HEAD(clean_pages);
1208
1209         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1210                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1211                     !isolated_balloon_page(page)) {
1212                         ClearPageActive(page);
1213                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1214                 }
1215         }
1216
1217         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1218                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1219                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1220         list_splice(&clean_pages, page_list);
1221         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1222         return ret;
1223 }
1224
1225 /*
1226  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1227  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1228  * freed elsewhere are also ignored.
1229  *
1230  * page:        page to consider
1231  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1232  *
1233  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1234  */
1235 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1236 {
1237         int ret = -EINVAL;
1238
1239         /* Only take pages on the LRU. */
1240         if (!PageLRU(page))
1241                 return ret;
1242
1243         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1244         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1245                 return ret;
1246
1247         ret = -EBUSY;
1248
1249         /*
1250          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1251          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1252          * blocking - clean pages for the most part.
1253          *
1254          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1255          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1256          *
1257          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1258          * that it is possible to migrate without blocking
1259          */
1260         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1261                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1262                 if (PageWriteback(page))
1263                         return ret;
1264
1265                 if (PageDirty(page)) {
1266                         struct address_space *mapping;
1267
1268                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1269                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1270                                 return ret;
1271
1272                         /*
1273                          * Only pages without mappings or that have a
1274                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1275                          * without blocking
1276                          */
1277                         mapping = page_mapping(page);
1278                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1279                                 return ret;
1280                 }
1281         }
1282
1283         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1284                 return ret;
1285
1286         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1287                 /*
1288                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1289                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1290                  * page release code relies on it.
1291                  */
1292                 ClearPageLRU(page);
1293                 ret = 0;
1294         }
1295
1296         return ret;
1297 }
1298
1299 /*
1300  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1301  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1302  * and working on them outside the LRU lock.
1303  *
1304  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1305  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1306  *
1307  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1308  *
1309  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1310  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1311  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1312  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1313  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1314  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1315  * @lru:        LRU list id for isolating
1316  *
1317  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1318  */
1319 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1320                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1321                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1322                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1323 {
1324         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1325         unsigned long nr_taken = 0;
1326         unsigned long scan;
1327
1328         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1329                 struct page *page;
1330                 int nr_pages;
1331
1332                 page = lru_to_page(src);
1333                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1334
1335                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1336
1337                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1338                 case 0:
1339                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1340                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1341                         list_move(&page->lru, dst);
1342                         nr_taken += nr_pages;
1343                         break;
1344
1345                 case -EBUSY:
1346                         /* else it is being freed elsewhere */
1347                         list_move(&page->lru, src);
1348                         continue;
1349
1350                 default:
1351                         BUG();
1352                 }
1353         }
1354
1355         *nr_scanned = scan;
1356         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1357                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1358         return nr_taken;
1359 }
1360
1361 /**
1362  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1363  * @page: page to isolate from its LRU list
1364  *
1365  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1366  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1367  *
1368  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1369  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1370  *
1371  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1372  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1373  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1374  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1375  *
1376  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1377  * found will be decremented.
1378  *
1379  * Restrictions:
1380  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1381  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1382  *     without a stable reference).
1383  * (2) the lru_lock must not be held.
1384  * (3) interrupts must be enabled.
1385  */
1386 int isolate_lru_page(struct page *page)
1387 {
1388         int ret = -EBUSY;
1389
1390         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1391
1392         if (PageLRU(page)) {
1393                 struct zone *zone = page_zone(page);
1394                 struct lruvec *lruvec;
1395
1396                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1397                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1398                 if (PageLRU(page)) {
1399                         int lru = page_lru(page);
1400                         get_page(page);
1401                         ClearPageLRU(page);
1402                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1403                         ret = 0;
1404                 }
1405                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1406         }
1407         return ret;
1408 }
1409
1410 /*
1411  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1412  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1413  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1414  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1415  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1416  */
1417 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1418                 struct scan_control *sc)
1419 {
1420         unsigned long inactive, isolated;
1421
1422         if (current_is_kswapd())
1423                 return 0;
1424
1425         if (!global_reclaim(sc))
1426                 return 0;
1427
1428         if (file) {
1429                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1430                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1431         } else {
1432                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1433                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1434         }
1435
1436         /*
1437          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1438          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1439          * deadlock.
1440          */
1441         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1442                 inactive >>= 3;
1443
1444         return isolated > inactive;
1445 }
1446
1447 static noinline_for_stack void
1448 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1449 {
1450         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1451         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1452         LIST_HEAD(pages_to_free);
1453
1454         /*
1455          * Put back any unfreeable pages.
1456          */
1457         while (!list_empty(page_list)) {
1458                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1459                 int lru;
1460
1461                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1462                 list_del(&page->lru);
1463                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1464                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1465                         putback_lru_page(page);
1466                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1467                         continue;
1468                 }
1469
1470                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1471
1472                 SetPageLRU(page);
1473                 lru = page_lru(page);
1474                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1475
1476                 if (is_active_lru(lru)) {
1477                         int file = is_file_lru(lru);
1478                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1479                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1480                 }
1481                 if (put_page_testzero(page)) {
1482                         __ClearPageLRU(page);
1483                         __ClearPageActive(page);
1484                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1485
1486                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1487                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1488                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1489                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1490                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1491                         } else
1492                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1493                 }
1494         }
1495
1496         /*
1497          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1498          */
1499         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1500 }
1501
1502 /*
1503  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1504  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1505  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1506  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1507  */
1508 static int current_may_throttle(void)
1509 {
1510         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1511                 current->backing_dev_info == NULL ||
1512                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1513 }
1514
1515 /*
1516  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1517  * of reclaimed pages
1518  */
1519 static noinline_for_stack unsigned long
1520 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1521                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1522 {
1523         LIST_HEAD(page_list);
1524         unsigned long nr_scanned;
1525         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1526         unsigned long nr_taken;
1527         unsigned long nr_dirty = 0;
1528         unsigned long nr_congested = 0;
1529         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1530         unsigned long nr_writeback = 0;
1531         unsigned long nr_immediate = 0;
1532         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1533         int file = is_file_lru(lru);
1534         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1535         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1536
1537         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1538                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1539
1540                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1541                 if (fatal_signal_pending(current))
1542                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1543         }
1544
1545         lru_add_drain();
1546
1547         if (!sc->may_unmap)
1548                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1549         if (!sc->may_writepage)
1550                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1551
1552         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1553
1554         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1555                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1556
1557         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1558         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1559
1560         if (global_reclaim(sc)) {
1561                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1562                 if (current_is_kswapd())
1563                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1564                 else
1565                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1566         }
1567         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1568
1569         if (nr_taken == 0)
1570                 return 0;
1571
1572         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1573                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1574                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1575                                 false);
1576
1577         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1578
1579         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1580
1581         if (global_reclaim(sc)) {
1582                 if (current_is_kswapd())
1583                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1584                                                nr_reclaimed);
1585                 else
1586                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1587                                                nr_reclaimed);
1588         }
1589
1590         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1591
1592         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1593
1594         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1595
1596         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1597         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1598
1599         /*
1600          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1601          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1602          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1603          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1604          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1605          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1606          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1607          * same way balance_dirty_pages() manages.
1608          *
1609          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1610          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1611          * are encountered in the nr_immediate check below.
1612          */
1613         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1614                 set_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
1615
1616         /*
1617          * memcg will stall in page writeback so only consider forcibly
1618          * stalling for global reclaim
1619          */
1620         if (global_reclaim(sc)) {
1621                 /*
1622                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1623                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1624                  */
1625                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1626                         set_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
1627
1628                 /*
1629                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1630                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1631                  * the zone ZONE_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1632                  * reclaim context.
1633                  */
1634                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1635                         set_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
1636
1637                 /*
1638                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1639                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1640                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1641                  * they are written so also forcibly stall.
1642                  */
1643                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1644                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1645         }
1646
1647         /*
1648          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1649          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1650          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1651          */
1652         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1653             current_may_throttle())
1654                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1655
1656         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1657                 zone_idx(zone),
1658                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1659                 sc->priority,
1660                 trace_shrink_flags(file));
1661         return nr_reclaimed;
1662 }
1663
1664 /*
1665  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1666  *
1667  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1668  * processes, from rmap.
1669  *
1670  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1671  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1672  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1673  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1674  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1675  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1676  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1677  *
1678  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1679  * But we had to alter page->flags anyway.
1680  */
1681
1682 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1683                                      struct list_head *list,
1684                                      struct list_head *pages_to_free,
1685                                      enum lru_list lru)
1686 {
1687         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1688         unsigned long pgmoved = 0;
1689         struct page *page;
1690         int nr_pages;
1691
1692         while (!list_empty(list)) {
1693                 page = lru_to_page(list);
1694                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1695
1696                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1697                 SetPageLRU(page);
1698
1699                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1700                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1701                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1702                 pgmoved += nr_pages;
1703
1704                 if (put_page_testzero(page)) {
1705                         __ClearPageLRU(page);
1706                         __ClearPageActive(page);
1707                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1708
1709                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1710                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1711                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1712                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1713                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1714                         } else
1715                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1716                 }
1717         }
1718         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1719         if (!is_active_lru(lru))
1720                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1721 }
1722
1723 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1724                                struct lruvec *lruvec,
1725                                struct scan_control *sc,
1726                                enum lru_list lru)
1727 {
1728         unsigned long nr_taken;
1729         unsigned long nr_scanned;
1730         unsigned long vm_flags;
1731         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1732         LIST_HEAD(l_active);
1733         LIST_HEAD(l_inactive);
1734         struct page *page;
1735         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1736         unsigned long nr_rotated = 0;
1737         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1738         int file = is_file_lru(lru);
1739         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1740
1741         lru_add_drain();
1742
1743         if (!sc->may_unmap)
1744                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1745         if (!sc->may_writepage)
1746                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1747
1748         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1749
1750         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1751                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1752         if (global_reclaim(sc))
1753                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1754
1755         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1756
1757         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1758         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1759         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1760         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1761
1762         while (!list_empty(&l_hold)) {
1763                 cond_resched();
1764                 page = lru_to_page(&l_hold);
1765                 list_del(&page->lru);
1766
1767                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1768                         putback_lru_page(page);
1769                         continue;
1770                 }
1771
1772                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1773                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1774                                 if (page_has_private(page))
1775                                         try_to_release_page(page, 0);
1776                                 unlock_page(page);
1777                         }
1778                 }
1779
1780                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1781                                     &vm_flags)) {
1782                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1783                         /*
1784                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1785                          * give them one more trip around the active list. So
1786                          * that executable code get better chances to stay in
1787                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1788                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1789                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1790                          * so we ignore them here.
1791                          */
1792                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1793                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1794                                 continue;
1795                         }
1796                 }
1797
1798                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1799                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1800         }
1801
1802         /*
1803          * Move pages back to the lru list.
1804          */
1805         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1806         /*
1807          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1808          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1809          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1810          * get_scan_count.
1811          */
1812         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1813
1814         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1815         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1816         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1817         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1818
1819         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1820         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1821 }
1822
1823 #ifdef CONFIG_SWAP
1824 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1825 {
1826         unsigned long active, inactive;
1827
1828         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1829         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1830
1831         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1832                 return 1;
1833
1834         return 0;
1835 }
1836
1837 /**
1838  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1839  * @lruvec: LRU vector to check
1840  *
1841  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1842  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1843  */
1844 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1845 {
1846         /*
1847          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1848          * is pointless.
1849          */
1850         if (!total_swap_pages)
1851                 return 0;
1852
1853         if (!mem_cgroup_disabled())
1854                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1855
1856         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1857 }
1858 #else
1859 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1860 {
1861         return 0;
1862 }
1863 #endif
1864
1865 /**
1866  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1867  * @lruvec: LRU vector to check
1868  *
1869  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1870  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1871  * than half of the file pages are on the inactive list.
1872  *
1873  * Once we get to that situation, protect the system's working
1874  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1875  *
1876  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1877  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1878  */
1879 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1880 {
1881         unsigned long inactive;
1882         unsigned long active;
1883
1884         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1885         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1886
1887         return active > inactive;
1888 }
1889
1890 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1891 {
1892         if (is_file_lru(lru))
1893                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1894         else
1895                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1896 }
1897
1898 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1899                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1900 {
1901         if (is_active_lru(lru)) {
1902                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1903                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1904                 return 0;
1905         }
1906
1907         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1908 }
1909
1910 enum scan_balance {
1911         SCAN_EQUAL,
1912         SCAN_FRACT,
1913         SCAN_ANON,
1914         SCAN_FILE,
1915 };
1916
1917 /*
1918  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1919  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1920  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1921  * onto the active list instead of evict.
1922  *
1923  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1924  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1925  */
1926 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
1927                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1928                            unsigned long *lru_pages)
1929 {
1930         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1931         u64 fraction[2];
1932         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1933         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1934         unsigned long anon_prio, file_prio;
1935         enum scan_balance scan_balance;
1936         unsigned long anon, file;
1937         bool force_scan = false;
1938         unsigned long ap, fp;
1939         enum lru_list lru;
1940         bool some_scanned;
1941         int pass;
1942
1943         /*
1944          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1945          * results in no scanning on this priority and a potential
1946          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1947          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1948          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1949          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1950          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1951          * well.
1952          */
1953         if (current_is_kswapd()) {
1954                 if (!zone_reclaimable(zone))
1955                         force_scan = true;
1956                 if (!mem_cgroup_lruvec_online(lruvec))
1957                         force_scan = true;
1958         }
1959         if (!global_reclaim(sc))
1960                 force_scan = true;
1961
1962         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1963         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1964                 scan_balance = SCAN_FILE;
1965                 goto out;
1966         }
1967
1968         /*
1969          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1970          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1971          * disable swapping for individual groups completely when
1972          * using the memory controller's swap limit feature would be
1973          * too expensive.
1974          */
1975         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
1976                 scan_balance = SCAN_FILE;
1977                 goto out;
1978         }
1979
1980         /*
1981          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1982          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1983          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1984          */
1985         if (!sc->priority && swappiness) {
1986                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1987                 goto out;
1988         }
1989
1990         /*
1991          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
1992          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
1993          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
1994          * shrinks, so does the window for rotation from references.
1995          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
1996          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
1997          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
1998          */
1999         if (global_reclaim(sc)) {
2000                 unsigned long zonefile;
2001                 unsigned long zonefree;
2002
2003                 zonefree = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2004                 zonefile = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
2005                            zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2006
2007                 if (unlikely(zonefile + zonefree <= high_wmark_pages(zone))) {
2008                         scan_balance = SCAN_ANON;
2009                         goto out;
2010                 }
2011         }
2012
2013         /*
2014          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
2015          * anything from the anonymous working set right now.
2016          */
2017         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
2018                 scan_balance = SCAN_FILE;
2019                 goto out;
2020         }
2021
2022         scan_balance = SCAN_FRACT;
2023
2024         /*
2025          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2026          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2027          */
2028         anon_prio = swappiness;
2029         file_prio = 200 - anon_prio;
2030
2031         /*
2032          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2033          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2034          * ratios to determine how valuable each cache is.
2035          *
2036          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2037          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2038          * up weighing recent references more than old ones.
2039          *
2040          * anon in [0], file in [1]
2041          */
2042
2043         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2044                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2045         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2046                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2047
2048         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
2049         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2050                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2051                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2052         }
2053
2054         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2055                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2056                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2057         }
2058
2059         /*
2060          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2061          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2062          * each list that were recently referenced and in active use.
2063          */
2064         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2065         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2066
2067         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2068         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2069         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2070
2071         fraction[0] = ap;
2072         fraction[1] = fp;
2073         denominator = ap + fp + 1;
2074 out:
2075         some_scanned = false;
2076         /* Only use force_scan on second pass. */
2077         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2078                 *lru_pages = 0;
2079                 for_each_evictable_lru(lru) {
2080                         int file = is_file_lru(lru);
2081                         unsigned long size;
2082                         unsigned long scan;
2083
2084                         size = get_lru_size(lruvec, lru);
2085                         scan = size >> sc->priority;
2086
2087                         if (!scan && pass && force_scan)
2088                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2089
2090                         switch (scan_balance) {
2091                         case SCAN_EQUAL:
2092                                 /* Scan lists relative to size */
2093                                 break;
2094                         case SCAN_FRACT:
2095                                 /*
2096                                  * Scan types proportional to swappiness and
2097                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2098                                  */
2099                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2100                                                         denominator);
2101                                 break;
2102                         case SCAN_FILE:
2103                         case SCAN_ANON:
2104                                 /* Scan one type exclusively */
2105                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2106                                         size = 0;
2107                                         scan = 0;
2108                                 }
2109                                 break;
2110                         default:
2111                                 /* Look ma, no brain */
2112                                 BUG();
2113                         }
2114
2115                         *lru_pages += size;
2116                         nr[lru] = scan;
2117
2118                         /*
2119                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2120                          * if we found something to scan.
2121                          */
2122                         some_scanned |= !!scan;
2123                 }
2124         }
2125 }
2126
2127 /*
2128  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2129  */
2130 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
2131                           struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2132 {
2133         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2134         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2135         unsigned long nr_to_scan;
2136         enum lru_list lru;
2137         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2138         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2139         struct blk_plug plug;
2140         bool scan_adjusted;
2141
2142         get_scan_count(lruvec, swappiness, sc, nr, lru_pages);
2143
2144         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2145         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2146
2147         /*
2148          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2149          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2150          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2151          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2152          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2153          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2154          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2155          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2156          * dropped to zero at the first pass.
2157          */
2158         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2159                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2160
2161         blk_start_plug(&plug);
2162         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2163                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2164                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2165                 unsigned long nr_scanned;
2166
2167                 for_each_evictable_lru(lru) {
2168                         if (nr[lru]) {
2169                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2170                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2171
2172                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2173                                                             lruvec, sc);
2174                         }
2175                 }
2176
2177                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2178                         continue;
2179
2180                 /*
2181                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2182                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2183                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2184                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2185                  * proportional to the original scan target.
2186                  */
2187                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2188                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2189
2190                 /*
2191                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2192                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2193                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2194                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2195                  */
2196                 if (!nr_file || !nr_anon)
2197                         break;
2198
2199                 if (nr_file > nr_anon) {
2200                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2201                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2202                         lru = LRU_BASE;
2203                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2204                 } else {
2205                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2206                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2207                         lru = LRU_FILE;
2208                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2209                 }
2210
2211                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2212                 nr[lru] = 0;
2213                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2214
2215                 /*
2216                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2217                  * scan target and the percentage scanning already complete
2218                  */
2219                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2220                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2221                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2222                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2223
2224                 lru += LRU_ACTIVE;
2225                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2226                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2227                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2228
2229                 scan_adjusted = true;
2230         }
2231         blk_finish_plug(&plug);
2232         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2233
2234         /*
2235          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2236          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2237          */
2238         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2239                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2240                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2241
2242         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2243 }
2244
2245 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2246 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2247 {
2248         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2249                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2250                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2251                 return true;
2252
2253         return false;
2254 }
2255
2256 /*
2257  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2258  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2259  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2260  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2261  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2262  */
2263 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2264                                         unsigned long nr_reclaimed,
2265                                         unsigned long nr_scanned,
2266                                         struct scan_control *sc)
2267 {
2268         unsigned long pages_for_compaction;
2269         unsigned long inactive_lru_pages;
2270
2271         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2272         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2273                 return false;
2274
2275         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2276         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2277                 /*
2278                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2279                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2280                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2281                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2282                  */
2283                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2284                         return false;
2285         } else {
2286                 /*
2287                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2288                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2289                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2290                  * pages that were scanned. This will return to the
2291                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2292                  * the resulting allocation attempt fails
2293                  */
2294                 if (!nr_reclaimed)
2295                         return false;
2296         }
2297
2298         /*
2299          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2300          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2301          */
2302         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2303         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2304         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2305                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2306         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2307                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2308                 return true;
2309
2310         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2311         switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, 0)) {
2312         case COMPACT_PARTIAL:
2313         case COMPACT_CONTINUE:
2314                 return false;
2315         default:
2316                 return true;
2317         }
2318 }
2319
2320 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc,
2321                         bool is_classzone)
2322 {
2323         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2324         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2325         bool reclaimable = false;
2326
2327         do {
2328                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2329                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2330                         .zone = zone,
2331                         .priority = sc->priority,
2332                 };
2333                 unsigned long zone_lru_pages = 0;
2334                 struct mem_cgroup *memcg;
2335
2336                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2337                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2338
2339                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2340                 do {
2341                         unsigned long lru_pages;
2342                         unsigned long scanned;
2343                         struct lruvec *lruvec;
2344                         int swappiness;
2345
2346                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2347                                 if (!sc->may_thrash)
2348                                         continue;
2349                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2350                         }
2351
2352                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2353                         swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2354                         scanned = sc->nr_scanned;
2355
2356                         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, sc, &lru_pages);
2357                         zone_lru_pages += lru_pages;
2358
2359                         if (memcg && is_classzone)
2360                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone),
2361                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2362                                             lru_pages);
2363
2364                         /*
2365                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2366                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2367                          * zone.
2368                          *
2369                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2370                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2371                          * retry with decreasing priority if one round over the
2372                          * whole hierarchy is not sufficient.
2373                          */
2374                         if (!global_reclaim(sc) &&
2375                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2376                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2377                                 break;
2378                         }
2379                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2380
2381                 /*
2382                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2383                  * the eligible LRU pages were scanned.
2384                  */
2385                 if (global_reclaim(sc) && is_classzone)
2386                         shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone), NULL,
2387                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2388                                     zone_lru_pages);
2389
2390                 if (reclaim_state) {
2391                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2392                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2393                 }
2394
2395                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2396                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2397                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2398
2399                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2400                         reclaimable = true;
2401
2402         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2403                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2404
2405         return reclaimable;
2406 }
2407
2408 /*
2409  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2410  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2411  */
2412 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2413 {
2414         unsigned long balance_gap, watermark;
2415         bool watermark_ok;
2416
2417         /*
2418          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2419          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2420          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2421          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2422          */
2423         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2424                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2425         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2426         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2427
2428         /*
2429          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2430          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2431          */
2432         if (compaction_deferred(zone, order))
2433                 return watermark_ok;
2434
2435         /*
2436          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2437          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2438          */
2439         if (compaction_suitable(zone, order, 0, 0) == COMPACT_SKIPPED)
2440                 return false;
2441
2442         return watermark_ok;
2443 }
2444
2445 /*
2446  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2447  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2448  * request.
2449  *
2450  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2451  * Because:
2452  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2453  *    allocation or
2454  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2455  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2456  *    zone defense algorithm.
2457  *
2458  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2459  * scan then give up on it.
2460  *
2461  * Returns true if a zone was reclaimable.
2462  */
2463 static bool shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2464 {
2465         struct zoneref *z;
2466         struct zone *zone;
2467         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2468         unsigned long nr_soft_scanned;
2469         gfp_t orig_mask;
2470         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2471         bool reclaimable = false;
2472
2473         /*
2474          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2475          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2476          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2477          */
2478         orig_mask = sc->gfp_mask;
2479         if (buffer_heads_over_limit)
2480                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2481
2482         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2483                                         requested_highidx, sc->nodemask) {
2484                 enum zone_type classzone_idx;
2485
2486                 if (!populated_zone(zone))
2487                         continue;
2488
2489                 classzone_idx = requested_highidx;
2490                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2491                                                         classzone_idx))
2492                         classzone_idx--;
2493
2494                 /*
2495                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2496                  * to global LRU.
2497                  */
2498                 if (global_reclaim(sc)) {
2499                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2500                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2501                                 continue;
2502
2503                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2504                             !zone_reclaimable(zone))
2505                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2506
2507                         /*
2508                          * If we already have plenty of memory free for
2509                          * compaction in this zone, don't free any more.
2510                          * Even though compaction is invoked for any
2511                          * non-zero order, only frequent costly order
2512                          * reclamation is disruptive enough to become a
2513                          * noticeable problem, like transparent huge
2514                          * page allocations.
2515                          */
2516                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2517                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2518                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2519                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2520                                 sc->compaction_ready = true;
2521                                 continue;
2522                         }
2523
2524                         /*
2525                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2526                          * and returns the number of reclaimed pages and
2527                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2528                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2529                          */
2530                         nr_soft_scanned = 0;
2531                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2532                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2533                                                 &nr_soft_scanned);
2534                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2535                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2536                         if (nr_soft_reclaimed)
2537                                 reclaimable = true;
2538                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2539                 }
2540
2541                 if (shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx))
2542                         reclaimable = true;
2543
2544                 if (global_reclaim(sc) &&
2545                     !reclaimable && zone_reclaimable(zone))
2546                         reclaimable = true;
2547         }
2548
2549         /*
2550          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2551          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2552          */
2553         sc->gfp_mask = orig_mask;
2554
2555         return reclaimable;
2556 }
2557
2558 /*
2559  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2560  *
2561  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2562  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2563  *
2564  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2565  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2566  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2567  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2568  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2569  * work, and the allocation attempt will fail.
2570  *
2571  * returns:     0, if no pages reclaimed
2572  *              else, the number of pages reclaimed
2573  */
2574 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2575                                           struct scan_control *sc)
2576 {
2577         int initial_priority = sc->priority;
2578         unsigned long total_scanned = 0;
2579         unsigned long writeback_threshold;
2580         bool zones_reclaimable;
2581 retry:
2582         delayacct_freepages_start();
2583
2584         if (global_reclaim(sc))
2585                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2586
2587         do {
2588                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2589                                 sc->priority);
2590                 sc->nr_scanned = 0;
2591                 zones_reclaimable = shrink_zones(zonelist, sc);
2592
2593                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2594                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2595                         break;
2596
2597                 if (sc->compaction_ready)
2598                         break;
2599
2600                 /*
2601                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2602                  * writepage even in laptop mode.
2603                  */
2604                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2605                         sc->may_writepage = 1;
2606
2607                 /*
2608                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2609                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2610                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2611                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2612                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2613                  */
2614                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2615                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2616                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2617                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2618                         sc->may_writepage = 1;
2619                 }
2620         } while (--sc->priority >= 0);
2621
2622         delayacct_freepages_end();
2623
2624         if (sc->nr_reclaimed)
2625                 return sc->nr_reclaimed;
2626
2627         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2628         if (sc->compaction_ready)
2629                 return 1;
2630
2631         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2632         if (!sc->may_thrash) {
2633                 sc->priority = initial_priority;
2634                 sc->may_thrash = 1;
2635                 goto retry;
2636         }
2637
2638         /* Any of the zones still reclaimable?  Don't OOM. */
2639         if (zones_reclaimable)
2640                 return 1;
2641
2642         return 0;
2643 }
2644
2645 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2646 {
2647         struct zone *zone;
2648         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2649         unsigned long free_pages = 0;
2650         int i;
2651         bool wmark_ok;
2652
2653         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2654                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2655                 if (!populated_zone(zone))
2656                         continue;
2657
2658                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2659                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2660         }
2661
2662         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2663         if (!pfmemalloc_reserve)
2664                 return true;
2665
2666         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2667
2668         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2669         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2670                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2671                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2672                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2673         }
2674
2675         return wmark_ok;
2676 }
2677
2678 /*
2679  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2680  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2681  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2682  * when the low watermark is reached.
2683  *
2684  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2685  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2686  */
2687 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2688                                         nodemask_t *nodemask)
2689 {
2690         struct zoneref *z;
2691         struct zone *zone;
2692         pg_data_t *pgdat = NULL;
2693
2694         /*
2695          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2696          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2697          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2698          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2699          * processes to block on log_wait_commit().
2700          */
2701         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2702                 goto out;
2703
2704         /*
2705          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2706          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2707          */
2708         if (fatal_signal_pending(current))
2709                 goto out;
2710
2711         /*
2712          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2713          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2714          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2715          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2716          *
2717          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2718          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2719          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2720          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2721          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2722          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2723          * should make reasonable progress.
2724          */
2725         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2726                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2727                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2728                         continue;
2729
2730                 /* Throttle based on the first usable node */
2731                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2732                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2733                         goto out;
2734                 break;
2735         }
2736
2737         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2738         if (!pgdat)
2739                 goto out;
2740
2741         /* Account for the throttling */
2742         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2743
2744         /*
2745          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2746          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2747          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2748          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2749          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2750          * second before continuing.
2751          */
2752         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2753                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2754                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2755
2756                 goto check_pending;
2757         }
2758
2759         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2760         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2761                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2762
2763 check_pending:
2764         if (fatal_signal_pending(current))
2765                 return true;
2766
2767 out:
2768         return false;
2769 }
2770
2771 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2772                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2773 {
2774         unsigned long nr_reclaimed;
2775         struct scan_control sc = {
2776                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2777                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2778                 .order = order,
2779                 .nodemask = nodemask,
2780                 .priority = DEF_PRIORITY,
2781                 .may_writepage = !laptop_mode,
2782                 .may_unmap = 1,
2783                 .may_swap = 1,
2784         };
2785
2786         /*
2787          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2788          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2789          * point.
2790          */
2791         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2792                 return 1;
2793
2794         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2795                                 sc.may_writepage,
2796                                 gfp_mask);
2797
2798         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2799
2800         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2801
2802         return nr_reclaimed;
2803 }
2804
2805 #ifdef CONFIG_MEMCG
2806
2807 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2808                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2809                                                 struct zone *zone,
2810                                                 unsigned long *nr_scanned)
2811 {
2812         struct scan_control sc = {
2813                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2814                 .target_mem_cgroup = memcg,
2815                 .may_writepage = !laptop_mode,
2816                 .may_unmap = 1,
2817                 .may_swap = !noswap,
2818         };
2819         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2820         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2821         unsigned long lru_pages;
2822
2823         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2824                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2825
2826         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2827                                                       sc.may_writepage,
2828                                                       sc.gfp_mask);
2829
2830         /*
2831          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2832          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2833          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2834          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2835          * the priority and make it zero.
2836          */
2837         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, &sc, &lru_pages);
2838
2839         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2840
2841         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2842         return sc.nr_reclaimed;
2843 }
2844
2845 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2846                                            unsigned long nr_pages,
2847                                            gfp_t gfp_mask,
2848                                            bool may_swap)
2849 {
2850         struct zonelist *zonelist;
2851         unsigned long nr_reclaimed;
2852         int nid;
2853         struct scan_control sc = {
2854                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2855                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2856                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2857                 .target_mem_cgroup = memcg,
2858                 .priority = DEF_PRIORITY,
2859                 .may_writepage = !laptop_mode,
2860                 .may_unmap = 1,
2861                 .may_swap = may_swap,
2862         };
2863
2864         /*
2865          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2866          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2867          * scan does not need to be the current node.
2868          */
2869         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2870
2871         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2872
2873         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2874                                             sc.may_writepage,
2875                                             sc.gfp_mask);
2876
2877         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2878
2879         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2880
2881         return nr_reclaimed;
2882 }
2883 #endif
2884
2885 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2886 {
2887         struct mem_cgroup *memcg;
2888
2889         if (!total_swap_pages)
2890                 return;
2891
2892         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2893         do {
2894                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2895
2896                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2897                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2898                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2899
2900                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2901         } while (memcg);
2902 }
2903
2904 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2905                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2906 {
2907         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2908                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2909                 return false;
2910
2911         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order && compaction_suitable(zone,
2912                                 order, 0, classzone_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2913                 return false;
2914
2915         return true;
2916 }
2917
2918 /*
2919  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2920  *
2921  * For order-0, all zones must be balanced!
2922  *
2923  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2924  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2925  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2926  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2927  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2928  * imbalanced zones.
2929  * The choice of 25% is due to
2930  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2931  *     reasonable sized machine
2932  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2933  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2934  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2935  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2936  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2937  */
2938 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2939 {
2940         unsigned long managed_pages = 0;
2941         unsigned long balanced_pages = 0;
2942         int i;
2943
2944         /* Check the watermark levels */
2945         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2946                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2947
2948                 if (!populated_zone(zone))
2949                         continue;
2950
2951                 managed_pages += zone->managed_pages;
2952
2953                 /*
2954                  * A special case here:
2955                  *
2956                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2957                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2958                  * they must be considered balanced here as well!
2959                  */
2960                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2961                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2962                         continue;
2963                 }
2964
2965                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2966                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2967                 else if (!order)
2968                         return false;
2969         }
2970
2971         if (order)
2972                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2973         else
2974                 return true;
2975 }
2976
2977 /*
2978  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2979  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2980  *
2981  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2982  */
2983 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2984                                         int classzone_idx)
2985 {
2986         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2987         if (remaining)
2988                 return false;
2989
2990         /*
2991          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
2992          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
2993          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
2994          * throttled. There is also a potential race if processes get
2995          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
2996          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
2997          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
2998          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
2999          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3000          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3001          * that here we are under prepare_to_wait().
3002          */
3003         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3004                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3005
3006         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
3007 }
3008
3009 /*
3010  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
3011  * the high watermark.
3012  *
3013  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3014  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3015  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3016  */
3017 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
3018                                int classzone_idx,
3019                                struct scan_control *sc,
3020                                unsigned long *nr_attempted)
3021 {
3022         int testorder = sc->order;
3023         unsigned long balance_gap;
3024         bool lowmem_pressure;
3025
3026         /* Reclaim above the high watermark. */
3027         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
3028
3029         /*
3030          * Kswapd reclaims only single pages with compaction enabled. Trying
3031          * too hard to reclaim until contiguous free pages have become
3032          * available can hurt performance by evicting too much useful data
3033          * from memory. Do not reclaim more than needed for compaction.
3034          */
3035         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
3036                         compaction_suitable(zone, sc->order, 0, classzone_idx)
3037                                                         != COMPACT_SKIPPED)
3038                 testorder = 0;
3039
3040         /*
3041          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
3042          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
3043          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
3044          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
3045          */
3046         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
3047                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
3048
3049         /*
3050          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
3051          * reclaim is necessary
3052          */
3053         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
3054         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder,
3055                                                 balance_gap, classzone_idx))
3056                 return true;
3057
3058         shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
3059
3060         /* Account for the number of pages attempted to reclaim */
3061         *nr_attempted += sc->nr_to_reclaim;
3062
3063         clear_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
3064
3065         /*
3066          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
3067          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
3068          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
3069          * waits.
3070          */
3071         if (zone_reclaimable(zone) &&
3072             zone_balanced(zone, testorder, 0, classzone_idx)) {
3073                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3074                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3075         }
3076
3077         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3078 }
3079
3080 /*
3081  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
3082  * they are all at high_wmark_pages(zone).
3083  *
3084  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
3085  *
3086  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
3087  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
3088  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
3089  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3090  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3091  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3092  * the zone for when the problem goes away.
3093  *
3094  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3095  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3096  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3097  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3098  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3099  * of pages is balanced across the zones.
3100  */
3101 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
3102                                                         int *classzone_idx)
3103 {
3104         int i;
3105         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3106         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3107         unsigned long nr_soft_scanned;
3108         struct scan_control sc = {
3109                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3110                 .order = order,
3111                 .priority = DEF_PRIORITY,
3112                 .may_writepage = !laptop_mode,
3113                 .may_unmap = 1,
3114                 .may_swap = 1,
3115         };
3116         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3117
3118         do {
3119                 unsigned long nr_attempted = 0;
3120                 bool raise_priority = true;
3121                 bool pgdat_needs_compaction = (order > 0);
3122
3123                 sc.nr_reclaimed = 0;
3124
3125                 /*
3126                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3127                  * zone which needs scanning
3128                  */
3129                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3130                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3131
3132                         if (!populated_zone(zone))
3133                                 continue;
3134
3135                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3136                             !zone_reclaimable(zone))
3137                                 continue;
3138
3139                         /*
3140                          * Do some background aging of the anon list, to give
3141                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3142                          */
3143                         age_active_anon(zone, &sc);
3144
3145                         /*
3146                          * If the number of buffer_heads in the machine
3147                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3148                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3149                          * it to relieve lowmem pressure.
3150                          */
3151                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3152                                 end_zone = i;
3153                                 break;
3154                         }
3155
3156                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
3157                                 end_zone = i;
3158                                 break;
3159                         } else {
3160                                 /*
3161                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3162                                  * flags
3163                                  */
3164                                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3165                                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3166                         }
3167                 }
3168
3169                 if (i < 0)
3170                         goto out;
3171
3172                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3173                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3174
3175                         if (!populated_zone(zone))
3176                                 continue;
3177
3178                         /*
3179                          * If any zone is currently balanced then kswapd will
3180                          * not call compaction as it is expected that the
3181                          * necessary pages are already available.
3182                          */
3183                         if (pgdat_needs_compaction &&
3184                                         zone_watermark_ok(zone, order,
3185                                                 low_wmark_pages(zone),
3186                                                 *classzone_idx, 0))
3187                                 pgdat_needs_compaction = false;
3188                 }
3189
3190                 /*
3191                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3192                  * even in laptop mode.
3193                  */
3194                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3195                         sc.may_writepage = 1;
3196
3197                 /*
3198                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3199                  * at the last zone which needs scanning.
3200                  *
3201                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3202                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3203                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3204                  * cause too much scanning of the lower zones.
3205                  */
3206                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3207                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3208
3209                         if (!populated_zone(zone))
3210                                 continue;
3211
3212                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3213                             !zone_reclaimable(zone))
3214                                 continue;
3215
3216                         sc.nr_scanned = 0;
3217
3218                         nr_soft_scanned = 0;
3219                         /*
3220                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3221                          */
3222                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3223                                                         order, sc.gfp_mask,
3224                                                         &nr_soft_scanned);
3225                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3226
3227                         /*
3228                          * There should be no need to raise the scanning
3229                          * priority if enough pages are already being scanned
3230                          * that that high watermark would be met at 100%
3231                          * efficiency.
3232                          */
3233                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone,
3234                                                &sc, &nr_attempted))
3235                                 raise_priority = false;
3236                 }
3237
3238                 /*
3239                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3240                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3241                  * able to safely make forward progress. Wake them
3242                  */
3243                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3244                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3245                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3246
3247                 /*
3248                  * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced
3249                  * for high-order allocations in all zones. If twice the
3250                  * allocation size has been reclaimed and the zones are still
3251                  * not balanced then recheck the watermarks at order-0 to
3252                  * prevent kswapd reclaiming excessively. Assume that a
3253                  * process requested a high-order can direct reclaim/compact.
3254                  */
3255                 if (order && sc.nr_reclaimed >= 2UL << order)
3256                         order = sc.order = 0;
3257
3258                 /* Check if kswapd should be suspending */
3259                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3260                         break;
3261
3262                 /*
3263                  * Compact if necessary and kswapd is reclaiming at least the
3264                  * high watermark number of pages as requsted
3265                  */
3266                 if (pgdat_needs_compaction && sc.nr_reclaimed > nr_attempted)
3267                         compact_pgdat(pgdat, order);
3268
3269                 /*
3270                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3271                  * progress in reclaiming pages
3272                  */
3273                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3274                         sc.priority--;
3275         } while (sc.priority >= 1 &&
3276                  !pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx));
3277
3278 out:
3279         /*
3280          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
3281          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
3282          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
3283          * was awake, order will remain at the higher level
3284          */
3285         *classzone_idx = end_zone;
3286         return order;
3287 }
3288
3289 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3290 {
3291         long remaining = 0;
3292         DEFINE_WAIT(wait);
3293
3294         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3295                 return;
3296
3297         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3298
3299         /* Try to sleep for a short interval */
3300         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3301                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3302                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3303                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3304         }
3305
3306         /*
3307          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3308          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3309          */
3310         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3311                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3312
3313                 /*
3314                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3315                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3316                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3317                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3318                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3319                  * them before going back to sleep.
3320                  */
3321                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3322
3323                 /*
3324                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3325                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3326                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3327                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3328                  */
3329                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3330
3331                 if (!kthread_should_stop())
3332                         schedule();
3333
3334                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3335         } else {
3336                 if (remaining)
3337                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3338                 else
3339                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3340         }
3341         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3342 }
3343
3344 /*
3345  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3346  * from the init process.
3347  *
3348  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3349  * free memory available even if there is no other activity
3350  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3351  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3352  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3353  *
3354  * If there are applications that are active memory-allocators
3355  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3356  */
3357 static int kswapd(void *p)
3358 {
3359         unsigned long order, new_order;
3360         unsigned balanced_order;
3361         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3362         int balanced_classzone_idx;
3363         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3364         struct task_struct *tsk = current;
3365
3366         struct reclaim_state reclaim_state = {
3367                 .reclaimed_slab = 0,
3368         };
3369         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3370
3371         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3372
3373         if (!cpumask_empty(cpumask))
3374                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3375         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3376
3377         /*
3378          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3379          * and that if we need more memory we should get access to it
3380          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3381          * never get caught in the normal page freeing logic.
3382          *
3383          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3384          * you need a small amount of memory in order to be able to
3385          * page out something else, and this flag essentially protects
3386          * us from recursively trying to free more memory as we're
3387          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3388          */
3389         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3390         set_freezable();
3391
3392         order = new_order = 0;
3393         balanced_order = 0;
3394         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3395         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3396         for ( ; ; ) {
3397                 bool ret;
3398
3399                 /*
3400                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3401                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3402                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3403                  */
3404                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3405                                         balanced_order == new_order) {
3406                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3407                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3408                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3409                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3410                 }
3411
3412                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3413                         /*
3414                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3415                          * allocation or has tigher zone constraints
3416                          */
3417                         order = new_order;
3418                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3419                 } else {
3420                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3421                                                 balanced_classzone_idx);
3422                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3423                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3424                         new_order = order;
3425                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3426                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3427                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3428                 }
3429
3430                 ret = try_to_freeze();
3431                 if (kthread_should_stop())
3432                         break;
3433
3434                 /*
3435                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3436                  * after returning from the refrigerator
3437                  */
3438                 if (!ret) {
3439                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3440                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3441                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3442                                                 &balanced_classzone_idx);
3443                 }
3444         }
3445
3446         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3447         current->reclaim_state = NULL;
3448         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3449
3450         return 0;
3451 }
3452
3453 /*
3454  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3455  */
3456 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3457 {
3458         pg_data_t *pgdat;
3459
3460         if (!populated_zone(zone))
3461                 return;
3462
3463         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3464                 return;
3465         pgdat = zone->zone_pgdat;
3466         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3467                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3468                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3469         }
3470         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3471                 return;
3472         if (zone_balanced(zone, order, 0, 0))
3473                 return;
3474
3475         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3476         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3477 }
3478
3479 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3480 /*
3481  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3482  * freed pages.
3483  *
3484  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3485  * LRU order by reclaiming preferentially
3486  * inactive > active > active referenced > active mapped
3487  */
3488 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3489 {
3490         struct reclaim_state reclaim_state;
3491         struct scan_control sc = {
3492                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3493                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3494                 .priority = DEF_PRIORITY,
3495                 .may_writepage = 1,
3496                 .may_unmap = 1,
3497                 .may_swap = 1,
3498                 .hibernation_mode = 1,
3499         };
3500         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3501         struct task_struct *p = current;
3502         unsigned long nr_reclaimed;
3503
3504         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3505         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3506         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3507         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3508
3509         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3510
3511         p->reclaim_state = NULL;
3512         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3513         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3514
3515         return nr_reclaimed;
3516 }
3517 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3518
3519 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3520    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3521    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3522    restore their cpu bindings. */
3523 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3524                         void *hcpu)
3525 {
3526         int nid;
3527
3528         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3529                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3530                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3531                         const struct cpumask *mask;
3532
3533                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3534
3535                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3536                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3537                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3538                 }
3539         }
3540         return NOTIFY_OK;
3541 }
3542
3543 /*
3544  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3545  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3546  */
3547 int kswapd_run(int nid)
3548 {
3549         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3550         int ret = 0;
3551
3552         if (pgdat->kswapd)
3553                 return 0;
3554
3555         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3556         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3557                 /* failure at boot is fatal */
3558                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3559                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3560                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3561                 pgdat->kswapd = NULL;
3562         }
3563         return ret;
3564 }
3565
3566 /*
3567  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3568  * hold mem_hotplug_begin/end().
3569  */
3570 void kswapd_stop(int nid)
3571 {
3572         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3573
3574         if (kswapd) {
3575                 kthread_stop(kswapd);
3576                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3577         }
3578 }
3579
3580 static int __init kswapd_init(void)
3581 {
3582         int nid;
3583
3584         swap_setup();
3585         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3586                 kswapd_run(nid);
3587         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3588         return 0;
3589 }
3590
3591 module_init(kswapd_init)
3592
3593 #ifdef CONFIG_NUMA
3594 /*
3595  * Zone reclaim mode
3596  *
3597  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3598  * the watermarks.
3599  */
3600 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3601
3602 #define RECLAIM_OFF 0
3603 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3604 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3605 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3606
3607 /*
3608  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3609  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3610  * a zone.
3611  */
3612 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3613
3614 /*
3615  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3616  * occur.
3617  */
3618 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3619
3620 /*
3621  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3622  * slab reclaim needs to occur.
3623  */
3624 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3625
3626 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3627 {
3628         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3629         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3630                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3631
3632         /*
3633          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3634          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3635          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3636          */
3637         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3638 }
3639
3640 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3641 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3642 {
3643         long nr_pagecache_reclaimable;
3644         long delta = 0;
3645
3646         /*
3647          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3648          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3649          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3650          * a better estimate
3651          */
3652         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3653                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3654         else
3655                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3656
3657         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3658         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3659                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3660
3661         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3662         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3663                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3664
3665         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3666 }
3667
3668 /*
3669  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3670  */
3671 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3672 {
3673         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3674         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3675         struct task_struct *p = current;
3676         struct reclaim_state reclaim_state;
3677         struct scan_control sc = {
3678                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3679                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3680                 .order = order,
3681                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3682                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3683                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3684                 .may_swap = 1,
3685         };
3686
3687         cond_resched();
3688         /*
3689          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3690          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3691          * and RECLAIM_SWAP.
3692          */
3693         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3694         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3695         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3696         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3697
3698         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3699                 /*
3700                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3701                  * priorities until we have enough memory freed.
3702                  */
3703                 do {
3704                         shrink_zone(zone, &sc, true);
3705                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3706         }
3707
3708         p->reclaim_state = NULL;
3709         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3710         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3711         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3712 }
3713
3714 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3715 {
3716         int node_id;
3717         int ret;
3718
3719         /*
3720          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3721          * slab pages if we are over the defined limits.
3722          *
3723          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3724          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3725          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3726          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3727          * unmapped file backed pages.
3728          */
3729         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3730             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3731                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3732
3733         if (!zone_reclaimable(zone))
3734                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3735
3736         /*
3737          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3738          */
3739         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3740                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3741
3742         /*
3743          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3744          * have associated processors. This will favor the local processor
3745          * over remote processors and spread off node memory allocations
3746          * as wide as possible.
3747          */
3748         node_id = zone_to_nid(zone);
3749         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3750                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3751
3752         if (test_and_set_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags))
3753                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3754
3755         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3756         clear_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags);
3757
3758         if (!ret)
3759                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3760
3761         return ret;
3762 }
3763 #endif
3764
3765 /*
3766  * page_evictable - test whether a page is evictable
3767  * @page: the page to test
3768  *
3769  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3770  * lists vs unevictable list.
3771  *
3772  * Reasons page might not be evictable:
3773  * (1) page's mapping marked unevictable
3774  * (2) page is part of an mlocked VMA
3775  *
3776  */
3777 int page_evictable(struct page *page)
3778 {
3779         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3780 }
3781
3782 #ifdef CONFIG_SHMEM
3783 /**
3784  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3785  * @pages:      array of pages to check
3786  * @nr_pages:   number of pages to check
3787  *
3788  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3789  *
3790  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3791  */
3792 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3793 {
3794         struct lruvec *lruvec;
3795         struct zone *zone = NULL;
3796         int pgscanned = 0;
3797         int pgrescued = 0;
3798         int i;
3799
3800         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3801                 struct page *page = pages[i];
3802                 struct zone *pagezone;
3803
3804                 pgscanned++;
3805                 pagezone = page_zone(page);
3806                 if (pagezone != zone) {
3807                         if (zone)
3808                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3809                         zone = pagezone;
3810                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3811                 }
3812                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3813
3814                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3815                         continue;
3816
3817                 if (page_evictable(page)) {
3818                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3819
3820                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3821                         ClearPageUnevictable(page);
3822                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3823                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3824                         pgrescued++;
3825                 }
3826         }
3827
3828         if (zone) {
3829                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3830                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3831                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3832         }
3833 }
3834 #endif /* CONFIG_SHMEM */