mm: vmscan: rework compaction-ready signaling in direct reclaim
[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         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
63         unsigned long nr_scanned;
64
65         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
66         unsigned long nr_reclaimed;
67
68         /* One of the zones is ready for compaction */
69         int compaction_ready;
70
71         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
72         unsigned long nr_to_reclaim;
73
74         unsigned long hibernation_mode;
75
76         /* This context's GFP mask */
77         gfp_t gfp_mask;
78
79         int may_writepage;
80
81         /* Can mapped pages be reclaimed? */
82         int may_unmap;
83
84         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
85         int may_swap;
86
87         int order;
88
89         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
90         int priority;
91
92         /* anon vs. file LRUs scanning "ratio" */
93         int swappiness;
94
95         /*
96          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
97          * primary target of this reclaim invocation.
98          */
99         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
100
101         /*
102          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
103          * are scanned.
104          */
105         nodemask_t      *nodemask;
106 };
107
108 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
109
110 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
111 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
112         do {                                                            \
113                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
114                         struct page *prev;                              \
115                                                                         \
116                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
117                         prefetch(&prev->_field);                        \
118                 }                                                       \
119         } while (0)
120 #else
121 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
122 #endif
123
124 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
125 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
126         do {                                                            \
127                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
128                         struct page *prev;                              \
129                                                                         \
130                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
131                         prefetchw(&prev->_field);                       \
132                 }                                                       \
133         } while (0)
134 #else
135 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
136 #endif
137
138 /*
139  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
140  */
141 int vm_swappiness = 60;
142 unsigned long vm_total_pages;   /* The total number of pages which the VM controls */
143
144 static LIST_HEAD(shrinker_list);
145 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
146
147 #ifdef CONFIG_MEMCG
148 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
149 {
150         return !sc->target_mem_cgroup;
151 }
152 #else
153 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
154 {
155         return true;
156 }
157 #endif
158
159 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
160 {
161         int nr;
162
163         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
164              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
165
166         if (get_nr_swap_pages() > 0)
167                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
168                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
169
170         return nr;
171 }
172
173 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
174 {
175         return zone->pages_scanned < zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
176 }
177
178 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
179 {
180         if (!mem_cgroup_disabled())
181                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
182
183         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
184 }
185
186 /*
187  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
188  */
189 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
190 {
191         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
192
193         /*
194          * If we only have one possible node in the system anyway, save
195          * ourselves the trouble and disable NUMA aware behavior. This way we
196          * will save memory and some small loop time later.
197          */
198         if (nr_node_ids == 1)
199                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_NUMA_AWARE;
200
201         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
202                 size *= nr_node_ids;
203
204         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
205         if (!shrinker->nr_deferred)
206                 return -ENOMEM;
207
208         down_write(&shrinker_rwsem);
209         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
210         up_write(&shrinker_rwsem);
211         return 0;
212 }
213 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
214
215 /*
216  * Remove one
217  */
218 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
219 {
220         down_write(&shrinker_rwsem);
221         list_del(&shrinker->list);
222         up_write(&shrinker_rwsem);
223         kfree(shrinker->nr_deferred);
224 }
225 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
226
227 #define SHRINK_BATCH 128
228
229 static unsigned long
230 shrink_slab_node(struct shrink_control *shrinkctl, struct shrinker *shrinker,
231                  unsigned long nr_pages_scanned, unsigned long lru_pages)
232 {
233         unsigned long freed = 0;
234         unsigned long long delta;
235         long total_scan;
236         long freeable;
237         long nr;
238         long new_nr;
239         int nid = shrinkctl->nid;
240         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
241                                           : SHRINK_BATCH;
242
243         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
244         if (freeable == 0)
245                 return 0;
246
247         /*
248          * copy the current shrinker scan count into a local variable
249          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
250          * don't also do this scanning work.
251          */
252         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
253
254         total_scan = nr;
255         delta = (4 * nr_pages_scanned) / shrinker->seeks;
256         delta *= freeable;
257         do_div(delta, lru_pages + 1);
258         total_scan += delta;
259         if (total_scan < 0) {
260                 printk(KERN_ERR
261                 "shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
262                        shrinker->scan_objects, total_scan);
263                 total_scan = freeable;
264         }
265
266         /*
267          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
268          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
269          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
270          * nr being built up so when a shrink that can do some work
271          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
272          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
273          * memory.
274          *
275          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
276          * a large delta change is calculated directly.
277          */
278         if (delta < freeable / 4)
279                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
280
281         /*
282          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
283          * never try to free more than twice the estimate number of
284          * freeable entries.
285          */
286         if (total_scan > freeable * 2)
287                 total_scan = freeable * 2;
288
289         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
290                                 nr_pages_scanned, lru_pages,
291                                 freeable, delta, total_scan);
292
293         /*
294          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
295          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
296          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
297          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
298          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
299          * objects spread over several slabs with usage less than the
300          * batch_size.
301          *
302          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
303          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
304          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
305          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
306          * possible.
307          */
308         while (total_scan >= batch_size ||
309                total_scan >= freeable) {
310                 unsigned long ret;
311                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
312
313                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
314                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
315                 if (ret == SHRINK_STOP)
316                         break;
317                 freed += ret;
318
319                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
320                 total_scan -= nr_to_scan;
321
322                 cond_resched();
323         }
324
325         /*
326          * move the unused scan count back into the shrinker in a
327          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
328          * scan, there is no need to do an update.
329          */
330         if (total_scan > 0)
331                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
332                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
333         else
334                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
335
336         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
337         return freed;
338 }
339
340 /*
341  * Call the shrink functions to age shrinkable caches
342  *
343  * Here we assume it costs one seek to replace a lru page and that it also
344  * takes a seek to recreate a cache object.  With this in mind we age equal
345  * percentages of the lru and ageable caches.  This should balance the seeks
346  * generated by these structures.
347  *
348  * If the vm encountered mapped pages on the LRU it increase the pressure on
349  * slab to avoid swapping.
350  *
351  * We do weird things to avoid (scanned*seeks*entries) overflowing 32 bits.
352  *
353  * `lru_pages' represents the number of on-LRU pages in all the zones which
354  * are eligible for the caller's allocation attempt.  It is used for balancing
355  * slab reclaim versus page reclaim.
356  *
357  * Returns the number of slab objects which we shrunk.
358  */
359 unsigned long shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
360                           unsigned long nr_pages_scanned,
361                           unsigned long lru_pages)
362 {
363         struct shrinker *shrinker;
364         unsigned long freed = 0;
365
366         if (nr_pages_scanned == 0)
367                 nr_pages_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
368
369         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
370                 /*
371                  * If we would return 0, our callers would understand that we
372                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
373                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
374                  * time.
375                  */
376                 freed = 1;
377                 goto out;
378         }
379
380         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
381                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)) {
382                         shrinkctl->nid = 0;
383                         freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
384                                         nr_pages_scanned, lru_pages);
385                         continue;
386                 }
387
388                 for_each_node_mask(shrinkctl->nid, shrinkctl->nodes_to_scan) {
389                         if (node_online(shrinkctl->nid))
390                                 freed += shrink_slab_node(shrinkctl, shrinker,
391                                                 nr_pages_scanned, lru_pages);
392
393                 }
394         }
395         up_read(&shrinker_rwsem);
396 out:
397         cond_resched();
398         return freed;
399 }
400
401 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
402 {
403         /*
404          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
405          * that isolated the page, the page cache radix tree and
406          * optional buffer heads at page->private.
407          */
408         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
409 }
410
411 static int may_write_to_queue(struct backing_dev_info *bdi,
412                               struct scan_control *sc)
413 {
414         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
415                 return 1;
416         if (!bdi_write_congested(bdi))
417                 return 1;
418         if (bdi == current->backing_dev_info)
419                 return 1;
420         return 0;
421 }
422
423 /*
424  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
425  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
426  * fsync(), msync() or close().
427  *
428  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
429  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
430  * that page is locked, the mapping is pinned.
431  *
432  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
433  * __GFP_FS.
434  */
435 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
436                                 struct page *page, int error)
437 {
438         lock_page(page);
439         if (page_mapping(page) == mapping)
440                 mapping_set_error(mapping, error);
441         unlock_page(page);
442 }
443
444 /* possible outcome of pageout() */
445 typedef enum {
446         /* failed to write page out, page is locked */
447         PAGE_KEEP,
448         /* move page to the active list, page is locked */
449         PAGE_ACTIVATE,
450         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
451         PAGE_SUCCESS,
452         /* page is clean and locked */
453         PAGE_CLEAN,
454 } pageout_t;
455
456 /*
457  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
458  * Calls ->writepage().
459  */
460 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
461                          struct scan_control *sc)
462 {
463         /*
464          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
465          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
466          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
467          * stalls if we need to run get_block().  We could test
468          * PagePrivate for that.
469          *
470          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
471          * this page's queue, we can perform writeback even if that
472          * will block.
473          *
474          * If the page is swapcache, write it back even if that would
475          * block, for some throttling. This happens by accident, because
476          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
477          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
478          */
479         if (!is_page_cache_freeable(page))
480                 return PAGE_KEEP;
481         if (!mapping) {
482                 /*
483                  * Some data journaling orphaned pages can have
484                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
485                  */
486                 if (page_has_private(page)) {
487                         if (try_to_free_buffers(page)) {
488                                 ClearPageDirty(page);
489                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
490                                 return PAGE_CLEAN;
491                         }
492                 }
493                 return PAGE_KEEP;
494         }
495         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
496                 return PAGE_ACTIVATE;
497         if (!may_write_to_queue(mapping->backing_dev_info, sc))
498                 return PAGE_KEEP;
499
500         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
501                 int res;
502                 struct writeback_control wbc = {
503                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
504                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
505                         .range_start = 0,
506                         .range_end = LLONG_MAX,
507                         .for_reclaim = 1,
508                 };
509
510                 SetPageReclaim(page);
511                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
512                 if (res < 0)
513                         handle_write_error(mapping, page, res);
514                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
515                         ClearPageReclaim(page);
516                         return PAGE_ACTIVATE;
517                 }
518
519                 if (!PageWriteback(page)) {
520                         /* synchronous write or broken a_ops? */
521                         ClearPageReclaim(page);
522                 }
523                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
524                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
525                 return PAGE_SUCCESS;
526         }
527
528         return PAGE_CLEAN;
529 }
530
531 /*
532  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
533  * gets returned with a refcount of 0.
534  */
535 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
536                             bool reclaimed)
537 {
538         BUG_ON(!PageLocked(page));
539         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
540
541         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
542         /*
543          * The non racy check for a busy page.
544          *
545          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
546          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
547          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
548          * here, then the following race may occur:
549          *
550          * get_user_pages(&page);
551          * [user mapping goes away]
552          * write_to(page);
553          *                              !PageDirty(page)    [good]
554          * SetPageDirty(page);
555          * put_page(page);
556          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
557          *
558          * [oops, our write_to data is lost]
559          *
560          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
561          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
562          * load is not satisfied before that of page->_count.
563          *
564          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
565          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
566          */
567         if (!page_freeze_refs(page, 2))
568                 goto cannot_free;
569         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
570         if (unlikely(PageDirty(page))) {
571                 page_unfreeze_refs(page, 2);
572                 goto cannot_free;
573         }
574
575         if (PageSwapCache(page)) {
576                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
577                 __delete_from_swap_cache(page);
578                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
579                 swapcache_free(swap, page);
580         } else {
581                 void (*freepage)(struct page *);
582                 void *shadow = NULL;
583
584                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
585                 /*
586                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
587                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
588                  *
589                  * But don't store shadows in an address space that is
590                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
591                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
592                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
593                  * back.
594                  */
595                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
596                     !mapping_exiting(mapping))
597                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
598                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
599                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
600                 mem_cgroup_uncharge_cache_page(page);
601
602                 if (freepage != NULL)
603                         freepage(page);
604         }
605
606         return 1;
607
608 cannot_free:
609         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
610         return 0;
611 }
612
613 /*
614  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
615  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
616  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
617  * this page.
618  */
619 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
620 {
621         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
622                 /*
623                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
624                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
625                  * atomic operation.
626                  */
627                 page_unfreeze_refs(page, 1);
628                 return 1;
629         }
630         return 0;
631 }
632
633 /**
634  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
635  * @page: page to be put back to appropriate lru list
636  *
637  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
638  * Page may still be unevictable for other reasons.
639  *
640  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
641  */
642 void putback_lru_page(struct page *page)
643 {
644         bool is_unevictable;
645         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
646
647         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
648
649 redo:
650         ClearPageUnevictable(page);
651
652         if (page_evictable(page)) {
653                 /*
654                  * For evictable pages, we can use the cache.
655                  * In event of a race, worst case is we end up with an
656                  * unevictable page on [in]active list.
657                  * We know how to handle that.
658                  */
659                 is_unevictable = false;
660                 lru_cache_add(page);
661         } else {
662                 /*
663                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
664                  * list.
665                  */
666                 is_unevictable = true;
667                 add_page_to_unevictable_list(page);
668                 /*
669                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
670                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
671                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
672                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
673                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
674                  * the page back to the evictable list.
675                  *
676                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
677                  */
678                 smp_mb();
679         }
680
681         /*
682          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
683          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
684          * check after we added it to the list, again.
685          */
686         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
687                 if (!isolate_lru_page(page)) {
688                         put_page(page);
689                         goto redo;
690                 }
691                 /* This means someone else dropped this page from LRU
692                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
693                  * nothing to do here.
694                  */
695         }
696
697         if (was_unevictable && !is_unevictable)
698                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
699         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
700                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
701
702         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
703 }
704
705 enum page_references {
706         PAGEREF_RECLAIM,
707         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
708         PAGEREF_KEEP,
709         PAGEREF_ACTIVATE,
710 };
711
712 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
713                                                   struct scan_control *sc)
714 {
715         int referenced_ptes, referenced_page;
716         unsigned long vm_flags;
717
718         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
719                                           &vm_flags);
720         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
721
722         /*
723          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
724          * move the page to the unevictable list.
725          */
726         if (vm_flags & VM_LOCKED)
727                 return PAGEREF_RECLAIM;
728
729         if (referenced_ptes) {
730                 if (PageSwapBacked(page))
731                         return PAGEREF_ACTIVATE;
732                 /*
733                  * All mapped pages start out with page table
734                  * references from the instantiating fault, so we need
735                  * to look twice if a mapped file page is used more
736                  * than once.
737                  *
738                  * Mark it and spare it for another trip around the
739                  * inactive list.  Another page table reference will
740                  * lead to its activation.
741                  *
742                  * Note: the mark is set for activated pages as well
743                  * so that recently deactivated but used pages are
744                  * quickly recovered.
745                  */
746                 SetPageReferenced(page);
747
748                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
749                         return PAGEREF_ACTIVATE;
750
751                 /*
752                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
753                  */
754                 if (vm_flags & VM_EXEC)
755                         return PAGEREF_ACTIVATE;
756
757                 return PAGEREF_KEEP;
758         }
759
760         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
761         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
762                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
763
764         return PAGEREF_RECLAIM;
765 }
766
767 /* Check if a page is dirty or under writeback */
768 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
769                                        bool *dirty, bool *writeback)
770 {
771         struct address_space *mapping;
772
773         /*
774          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
775          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
776          */
777         if (!page_is_file_cache(page)) {
778                 *dirty = false;
779                 *writeback = false;
780                 return;
781         }
782
783         /* By default assume that the page flags are accurate */
784         *dirty = PageDirty(page);
785         *writeback = PageWriteback(page);
786
787         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
788         if (!page_has_private(page))
789                 return;
790
791         mapping = page_mapping(page);
792         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
793                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
794 }
795
796 /*
797  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
798  */
799 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
800                                       struct zone *zone,
801                                       struct scan_control *sc,
802                                       enum ttu_flags ttu_flags,
803                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
804                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
805                                       unsigned long *ret_nr_congested,
806                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
807                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
808                                       bool force_reclaim)
809 {
810         LIST_HEAD(ret_pages);
811         LIST_HEAD(free_pages);
812         int pgactivate = 0;
813         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
814         unsigned long nr_dirty = 0;
815         unsigned long nr_congested = 0;
816         unsigned long nr_reclaimed = 0;
817         unsigned long nr_writeback = 0;
818         unsigned long nr_immediate = 0;
819
820         cond_resched();
821
822         mem_cgroup_uncharge_start();
823         while (!list_empty(page_list)) {
824                 struct address_space *mapping;
825                 struct page *page;
826                 int may_enter_fs;
827                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
828                 bool dirty, writeback;
829
830                 cond_resched();
831
832                 page = lru_to_page(page_list);
833                 list_del(&page->lru);
834
835                 if (!trylock_page(page))
836                         goto keep;
837
838                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
839                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
840
841                 sc->nr_scanned++;
842
843                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
844                         goto cull_mlocked;
845
846                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
847                         goto keep_locked;
848
849                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
850                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
851                         sc->nr_scanned++;
852
853                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
854                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
855
856                 /*
857                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
858                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
859                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
860                  * is all dirty unqueued pages.
861                  */
862                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
863                 if (dirty || writeback)
864                         nr_dirty++;
865
866                 if (dirty && !writeback)
867                         nr_unqueued_dirty++;
868
869                 /*
870                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
871                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
872                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
873                  * end of the LRU a second time.
874                  */
875                 mapping = page_mapping(page);
876                 if ((mapping && bdi_write_congested(mapping->backing_dev_info)) ||
877                     (writeback && PageReclaim(page)))
878                         nr_congested++;
879
880                 /*
881                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
882                  * are three cases to consider.
883                  *
884                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
885                  *    under writeback and this page is both under writeback and
886                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
887                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
888                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
889                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
890                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
891                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
892                  *    caller can stall after page list has been processed.
893                  *
894                  * 2) Global reclaim encounters a page, memcg encounters a
895                  *    page that is not marked for immediate reclaim or
896                  *    the caller does not have __GFP_IO. In this case mark
897                  *    the page for immediate reclaim and continue scanning.
898                  *
899                  *    __GFP_IO is checked  because a loop driver thread might
900                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
901                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
902                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
903                  *    would probably show more reasons.
904                  *
905                  *    Don't require __GFP_FS, since we're not going into the
906                  *    FS, just waiting on its writeback completion. Worryingly,
907                  *    ext4 gfs2 and xfs allocate pages with
908                  *    grab_cache_page_write_begin(,,AOP_FLAG_NOFS), so testing
909                  *    may_enter_fs here is liable to OOM on them.
910                  *
911                  * 3) memcg encounters a page that is not already marked
912                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
913                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
914                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
915                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
916                  */
917                 if (PageWriteback(page)) {
918                         /* Case 1 above */
919                         if (current_is_kswapd() &&
920                             PageReclaim(page) &&
921                             zone_is_reclaim_writeback(zone)) {
922                                 nr_immediate++;
923                                 goto keep_locked;
924
925                         /* Case 2 above */
926                         } else if (global_reclaim(sc) ||
927                             !PageReclaim(page) || !(sc->gfp_mask & __GFP_IO)) {
928                                 /*
929                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
930                                  * might have just cleared PageReclaim, then
931                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
932                                  * as PageReadahead - but that does not matter
933                                  * enough to care.  What we do want is for this
934                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
935                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
936                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
937                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
938                                  */
939                                 SetPageReclaim(page);
940                                 nr_writeback++;
941
942                                 goto keep_locked;
943
944                         /* Case 3 above */
945                         } else {
946                                 wait_on_page_writeback(page);
947                         }
948                 }
949
950                 if (!force_reclaim)
951                         references = page_check_references(page, sc);
952
953                 switch (references) {
954                 case PAGEREF_ACTIVATE:
955                         goto activate_locked;
956                 case PAGEREF_KEEP:
957                         goto keep_locked;
958                 case PAGEREF_RECLAIM:
959                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
960                         ; /* try to reclaim the page below */
961                 }
962
963                 /*
964                  * Anonymous process memory has backing store?
965                  * Try to allocate it some swap space here.
966                  */
967                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
968                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
969                                 goto keep_locked;
970                         if (!add_to_swap(page, page_list))
971                                 goto activate_locked;
972                         may_enter_fs = 1;
973
974                         /* Adding to swap updated mapping */
975                         mapping = page_mapping(page);
976                 }
977
978                 /*
979                  * The page is mapped into the page tables of one or more
980                  * processes. Try to unmap it here.
981                  */
982                 if (page_mapped(page) && mapping) {
983                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
984                         case SWAP_FAIL:
985                                 goto activate_locked;
986                         case SWAP_AGAIN:
987                                 goto keep_locked;
988                         case SWAP_MLOCK:
989                                 goto cull_mlocked;
990                         case SWAP_SUCCESS:
991                                 ; /* try to free the page below */
992                         }
993                 }
994
995                 if (PageDirty(page)) {
996                         /*
997                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
998                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
999                          * if many dirty pages have been encountered.
1000                          */
1001                         if (page_is_file_cache(page) &&
1002                                         (!current_is_kswapd() ||
1003                                          !zone_is_reclaim_dirty(zone))) {
1004                                 /*
1005                                  * Immediately reclaim when written back.
1006                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1007                                  * except we already have the page isolated
1008                                  * and know it's dirty
1009                                  */
1010                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1011                                 SetPageReclaim(page);
1012
1013                                 goto keep_locked;
1014                         }
1015
1016                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1017                                 goto keep_locked;
1018                         if (!may_enter_fs)
1019                                 goto keep_locked;
1020                         if (!sc->may_writepage)
1021                                 goto keep_locked;
1022
1023                         /* Page is dirty, try to write it out here */
1024                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1025                         case PAGE_KEEP:
1026                                 goto keep_locked;
1027                         case PAGE_ACTIVATE:
1028                                 goto activate_locked;
1029                         case PAGE_SUCCESS:
1030                                 if (PageWriteback(page))
1031                                         goto keep;
1032                                 if (PageDirty(page))
1033                                         goto keep;
1034
1035                                 /*
1036                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1037                                  * ahead and try to reclaim the page.
1038                                  */
1039                                 if (!trylock_page(page))
1040                                         goto keep;
1041                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1042                                         goto keep_locked;
1043                                 mapping = page_mapping(page);
1044                         case PAGE_CLEAN:
1045                                 ; /* try to free the page below */
1046                         }
1047                 }
1048
1049                 /*
1050                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1051                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1052                  * the page as well.
1053                  *
1054                  * We do this even if the page is PageDirty().
1055                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1056                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1057                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1058                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1059                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1060                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1061                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1062                  *
1063                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1064                  * the pages which were not successfully invalidated in
1065                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1066                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1067                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1068                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1069                  */
1070                 if (page_has_private(page)) {
1071                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1072                                 goto activate_locked;
1073                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1074                                 unlock_page(page);
1075                                 if (put_page_testzero(page))
1076                                         goto free_it;
1077                                 else {
1078                                         /*
1079                                          * rare race with speculative reference.
1080                                          * the speculative reference will free
1081                                          * this page shortly, so we may
1082                                          * increment nr_reclaimed here (and
1083                                          * leave it off the LRU).
1084                                          */
1085                                         nr_reclaimed++;
1086                                         continue;
1087                                 }
1088                         }
1089                 }
1090
1091                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1092                         goto keep_locked;
1093
1094                 /*
1095                  * At this point, we have no other references and there is
1096                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1097                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1098                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1099                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1100                  */
1101                 __clear_page_locked(page);
1102 free_it:
1103                 nr_reclaimed++;
1104
1105                 /*
1106                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1107                  * appear not as the counts should be low
1108                  */
1109                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1110                 continue;
1111
1112 cull_mlocked:
1113                 if (PageSwapCache(page))
1114                         try_to_free_swap(page);
1115                 unlock_page(page);
1116                 putback_lru_page(page);
1117                 continue;
1118
1119 activate_locked:
1120                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1121                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
1122                         try_to_free_swap(page);
1123                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1124                 SetPageActive(page);
1125                 pgactivate++;
1126 keep_locked:
1127                 unlock_page(page);
1128 keep:
1129                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1130                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1131         }
1132
1133         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1134
1135         list_splice(&ret_pages, page_list);
1136         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1137         mem_cgroup_uncharge_end();
1138         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1139         *ret_nr_congested += nr_congested;
1140         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1141         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1142         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1143         return nr_reclaimed;
1144 }
1145
1146 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1147                                             struct list_head *page_list)
1148 {
1149         struct scan_control sc = {
1150                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1151                 .priority = DEF_PRIORITY,
1152                 .may_unmap = 1,
1153         };
1154         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1155         struct page *page, *next;
1156         LIST_HEAD(clean_pages);
1157
1158         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1159                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1160                     !isolated_balloon_page(page)) {
1161                         ClearPageActive(page);
1162                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1163                 }
1164         }
1165
1166         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1167                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1168                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1169         list_splice(&clean_pages, page_list);
1170         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1171         return ret;
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1176  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1177  * freed elsewhere are also ignored.
1178  *
1179  * page:        page to consider
1180  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1181  *
1182  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1183  */
1184 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1185 {
1186         int ret = -EINVAL;
1187
1188         /* Only take pages on the LRU. */
1189         if (!PageLRU(page))
1190                 return ret;
1191
1192         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1193         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1194                 return ret;
1195
1196         ret = -EBUSY;
1197
1198         /*
1199          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1200          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1201          * blocking - clean pages for the most part.
1202          *
1203          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1204          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1205          *
1206          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1207          * that it is possible to migrate without blocking
1208          */
1209         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1210                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1211                 if (PageWriteback(page))
1212                         return ret;
1213
1214                 if (PageDirty(page)) {
1215                         struct address_space *mapping;
1216
1217                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1218                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1219                                 return ret;
1220
1221                         /*
1222                          * Only pages without mappings or that have a
1223                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1224                          * without blocking
1225                          */
1226                         mapping = page_mapping(page);
1227                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1228                                 return ret;
1229                 }
1230         }
1231
1232         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1233                 return ret;
1234
1235         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1236                 /*
1237                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1238                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1239                  * page release code relies on it.
1240                  */
1241                 ClearPageLRU(page);
1242                 ret = 0;
1243         }
1244
1245         return ret;
1246 }
1247
1248 /*
1249  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1250  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1251  * and working on them outside the LRU lock.
1252  *
1253  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1254  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1255  *
1256  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1257  *
1258  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1259  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1260  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1261  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1262  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1263  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1264  * @lru:        LRU list id for isolating
1265  *
1266  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1267  */
1268 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1269                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1270                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1271                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1272 {
1273         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1274         unsigned long nr_taken = 0;
1275         unsigned long scan;
1276
1277         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1278                 struct page *page;
1279                 int nr_pages;
1280
1281                 page = lru_to_page(src);
1282                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1283
1284                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1285
1286                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1287                 case 0:
1288                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1289                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1290                         list_move(&page->lru, dst);
1291                         nr_taken += nr_pages;
1292                         break;
1293
1294                 case -EBUSY:
1295                         /* else it is being freed elsewhere */
1296                         list_move(&page->lru, src);
1297                         continue;
1298
1299                 default:
1300                         BUG();
1301                 }
1302         }
1303
1304         *nr_scanned = scan;
1305         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1306                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1307         return nr_taken;
1308 }
1309
1310 /**
1311  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1312  * @page: page to isolate from its LRU list
1313  *
1314  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1315  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1316  *
1317  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1318  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1319  *
1320  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1321  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1322  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1323  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1324  *
1325  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1326  * found will be decremented.
1327  *
1328  * Restrictions:
1329  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1330  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1331  *     without a stable reference).
1332  * (2) the lru_lock must not be held.
1333  * (3) interrupts must be enabled.
1334  */
1335 int isolate_lru_page(struct page *page)
1336 {
1337         int ret = -EBUSY;
1338
1339         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1340
1341         if (PageLRU(page)) {
1342                 struct zone *zone = page_zone(page);
1343                 struct lruvec *lruvec;
1344
1345                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1346                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1347                 if (PageLRU(page)) {
1348                         int lru = page_lru(page);
1349                         get_page(page);
1350                         ClearPageLRU(page);
1351                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1352                         ret = 0;
1353                 }
1354                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1355         }
1356         return ret;
1357 }
1358
1359 /*
1360  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1361  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1362  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1363  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1364  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1365  */
1366 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1367                 struct scan_control *sc)
1368 {
1369         unsigned long inactive, isolated;
1370
1371         if (current_is_kswapd())
1372                 return 0;
1373
1374         if (!global_reclaim(sc))
1375                 return 0;
1376
1377         if (file) {
1378                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1379                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1380         } else {
1381                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1382                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1383         }
1384
1385         /*
1386          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1387          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1388          * deadlock.
1389          */
1390         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1391                 inactive >>= 3;
1392
1393         return isolated > inactive;
1394 }
1395
1396 static noinline_for_stack void
1397 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1398 {
1399         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1400         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1401         LIST_HEAD(pages_to_free);
1402
1403         /*
1404          * Put back any unfreeable pages.
1405          */
1406         while (!list_empty(page_list)) {
1407                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1408                 int lru;
1409
1410                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1411                 list_del(&page->lru);
1412                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1413                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1414                         putback_lru_page(page);
1415                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1416                         continue;
1417                 }
1418
1419                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1420
1421                 SetPageLRU(page);
1422                 lru = page_lru(page);
1423                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1424
1425                 if (is_active_lru(lru)) {
1426                         int file = is_file_lru(lru);
1427                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1428                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1429                 }
1430                 if (put_page_testzero(page)) {
1431                         __ClearPageLRU(page);
1432                         __ClearPageActive(page);
1433                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1434
1435                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1436                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1437                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1438                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1439                         } else
1440                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1441                 }
1442         }
1443
1444         /*
1445          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1446          */
1447         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1448 }
1449
1450 /*
1451  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1452  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1453  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1454  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1455  */
1456 static int current_may_throttle(void)
1457 {
1458         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1459                 current->backing_dev_info == NULL ||
1460                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1461 }
1462
1463 /*
1464  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1465  * of reclaimed pages
1466  */
1467 static noinline_for_stack unsigned long
1468 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1469                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1470 {
1471         LIST_HEAD(page_list);
1472         unsigned long nr_scanned;
1473         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1474         unsigned long nr_taken;
1475         unsigned long nr_dirty = 0;
1476         unsigned long nr_congested = 0;
1477         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1478         unsigned long nr_writeback = 0;
1479         unsigned long nr_immediate = 0;
1480         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1481         int file = is_file_lru(lru);
1482         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1483         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1484
1485         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1486                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1487
1488                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1489                 if (fatal_signal_pending(current))
1490                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1491         }
1492
1493         lru_add_drain();
1494
1495         if (!sc->may_unmap)
1496                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1497         if (!sc->may_writepage)
1498                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1499
1500         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1501
1502         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1503                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1504
1505         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1506         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1507
1508         if (global_reclaim(sc)) {
1509                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1510                 if (current_is_kswapd())
1511                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1512                 else
1513                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1514         }
1515         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1516
1517         if (nr_taken == 0)
1518                 return 0;
1519
1520         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1521                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1522                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1523                                 false);
1524
1525         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1526
1527         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1528
1529         if (global_reclaim(sc)) {
1530                 if (current_is_kswapd())
1531                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1532                                                nr_reclaimed);
1533                 else
1534                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1535                                                nr_reclaimed);
1536         }
1537
1538         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1539
1540         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1541
1542         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1543
1544         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1545
1546         /*
1547          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1548          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1549          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1550          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1551          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1552          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1553          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1554          * same way balance_dirty_pages() manages.
1555          *
1556          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1557          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1558          * are encountered in the nr_immediate check below.
1559          */
1560         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1561                 zone_set_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
1562
1563         /*
1564          * memcg will stall in page writeback so only consider forcibly
1565          * stalling for global reclaim
1566          */
1567         if (global_reclaim(sc)) {
1568                 /*
1569                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1570                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1571                  */
1572                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1573                         zone_set_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
1574
1575                 /*
1576                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1577                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1578                  * the zone ZONE_TAIL_LRU_DIRTY and kswapd will start writing
1579                  * pages from reclaim context.
1580                  */
1581                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1582                         zone_set_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
1583
1584                 /*
1585                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1586                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1587                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1588                  * they are written so also forcibly stall.
1589                  */
1590                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1591                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1592         }
1593
1594         /*
1595          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1596          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1597          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1598          */
1599         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1600             current_may_throttle())
1601                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1602
1603         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1604                 zone_idx(zone),
1605                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1606                 sc->priority,
1607                 trace_shrink_flags(file));
1608         return nr_reclaimed;
1609 }
1610
1611 /*
1612  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1613  *
1614  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1615  * processes, from rmap.
1616  *
1617  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1618  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1619  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1620  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1621  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1622  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1623  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1624  *
1625  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1626  * But we had to alter page->flags anyway.
1627  */
1628
1629 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1630                                      struct list_head *list,
1631                                      struct list_head *pages_to_free,
1632                                      enum lru_list lru)
1633 {
1634         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1635         unsigned long pgmoved = 0;
1636         struct page *page;
1637         int nr_pages;
1638
1639         while (!list_empty(list)) {
1640                 page = lru_to_page(list);
1641                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1642
1643                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1644                 SetPageLRU(page);
1645
1646                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1647                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1648                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1649                 pgmoved += nr_pages;
1650
1651                 if (put_page_testzero(page)) {
1652                         __ClearPageLRU(page);
1653                         __ClearPageActive(page);
1654                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1655
1656                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1657                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1658                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1659                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1660                         } else
1661                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1662                 }
1663         }
1664         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1665         if (!is_active_lru(lru))
1666                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1667 }
1668
1669 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1670                                struct lruvec *lruvec,
1671                                struct scan_control *sc,
1672                                enum lru_list lru)
1673 {
1674         unsigned long nr_taken;
1675         unsigned long nr_scanned;
1676         unsigned long vm_flags;
1677         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1678         LIST_HEAD(l_active);
1679         LIST_HEAD(l_inactive);
1680         struct page *page;
1681         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1682         unsigned long nr_rotated = 0;
1683         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1684         int file = is_file_lru(lru);
1685         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1686
1687         lru_add_drain();
1688
1689         if (!sc->may_unmap)
1690                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1691         if (!sc->may_writepage)
1692                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1693
1694         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1695
1696         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1697                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1698         if (global_reclaim(sc))
1699                 zone->pages_scanned += nr_scanned;
1700
1701         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1702
1703         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1704         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1705         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1706         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1707
1708         while (!list_empty(&l_hold)) {
1709                 cond_resched();
1710                 page = lru_to_page(&l_hold);
1711                 list_del(&page->lru);
1712
1713                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1714                         putback_lru_page(page);
1715                         continue;
1716                 }
1717
1718                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1719                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1720                                 if (page_has_private(page))
1721                                         try_to_release_page(page, 0);
1722                                 unlock_page(page);
1723                         }
1724                 }
1725
1726                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1727                                     &vm_flags)) {
1728                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1729                         /*
1730                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1731                          * give them one more trip around the active list. So
1732                          * that executable code get better chances to stay in
1733                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1734                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1735                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1736                          * so we ignore them here.
1737                          */
1738                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1739                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1740                                 continue;
1741                         }
1742                 }
1743
1744                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1745                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1746         }
1747
1748         /*
1749          * Move pages back to the lru list.
1750          */
1751         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1752         /*
1753          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1754          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1755          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1756          * get_scan_ratio.
1757          */
1758         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1759
1760         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1761         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1762         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1763         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1764
1765         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1766 }
1767
1768 #ifdef CONFIG_SWAP
1769 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1770 {
1771         unsigned long active, inactive;
1772
1773         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1774         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1775
1776         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1777                 return 1;
1778
1779         return 0;
1780 }
1781
1782 /**
1783  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1784  * @lruvec: LRU vector to check
1785  *
1786  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1787  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1788  */
1789 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1790 {
1791         /*
1792          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1793          * is pointless.
1794          */
1795         if (!total_swap_pages)
1796                 return 0;
1797
1798         if (!mem_cgroup_disabled())
1799                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1800
1801         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1802 }
1803 #else
1804 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1805 {
1806         return 0;
1807 }
1808 #endif
1809
1810 /**
1811  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1812  * @lruvec: LRU vector to check
1813  *
1814  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1815  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1816  * than half of the file pages are on the inactive list.
1817  *
1818  * Once we get to that situation, protect the system's working
1819  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1820  *
1821  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1822  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1823  */
1824 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1825 {
1826         unsigned long inactive;
1827         unsigned long active;
1828
1829         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1830         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1831
1832         return active > inactive;
1833 }
1834
1835 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1836 {
1837         if (is_file_lru(lru))
1838                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1839         else
1840                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1841 }
1842
1843 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1844                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1845 {
1846         if (is_active_lru(lru)) {
1847                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1848                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1849                 return 0;
1850         }
1851
1852         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1853 }
1854
1855 enum scan_balance {
1856         SCAN_EQUAL,
1857         SCAN_FRACT,
1858         SCAN_ANON,
1859         SCAN_FILE,
1860 };
1861
1862 /*
1863  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1864  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1865  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1866  * onto the active list instead of evict.
1867  *
1868  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1869  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1870  */
1871 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
1872                            unsigned long *nr)
1873 {
1874         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1875         u64 fraction[2];
1876         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1877         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1878         unsigned long anon_prio, file_prio;
1879         enum scan_balance scan_balance;
1880         unsigned long anon, file;
1881         bool force_scan = false;
1882         unsigned long ap, fp;
1883         enum lru_list lru;
1884         bool some_scanned;
1885         int pass;
1886
1887         /*
1888          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1889          * results in no scanning on this priority and a potential
1890          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1891          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1892          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1893          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1894          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1895          * well.
1896          */
1897         if (current_is_kswapd() && !zone_reclaimable(zone))
1898                 force_scan = true;
1899         if (!global_reclaim(sc))
1900                 force_scan = true;
1901
1902         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1903         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1904                 scan_balance = SCAN_FILE;
1905                 goto out;
1906         }
1907
1908         /*
1909          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1910          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1911          * disable swapping for individual groups completely when
1912          * using the memory controller's swap limit feature would be
1913          * too expensive.
1914          */
1915         if (!global_reclaim(sc) && !sc->swappiness) {
1916                 scan_balance = SCAN_FILE;
1917                 goto out;
1918         }
1919
1920         /*
1921          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1922          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1923          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1924          */
1925         if (!sc->priority && sc->swappiness) {
1926                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1927                 goto out;
1928         }
1929
1930         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
1931                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
1932         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
1933                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1934
1935         /*
1936          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
1937          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
1938          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
1939          * shrinks, so does the window for rotation from references.
1940          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
1941          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
1942          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
1943          */
1944         if (global_reclaim(sc)) {
1945                 unsigned long free = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1946
1947                 if (unlikely(file + free <= high_wmark_pages(zone))) {
1948                         scan_balance = SCAN_ANON;
1949                         goto out;
1950                 }
1951         }
1952
1953         /*
1954          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
1955          * anything from the anonymous working set right now.
1956          */
1957         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
1958                 scan_balance = SCAN_FILE;
1959                 goto out;
1960         }
1961
1962         scan_balance = SCAN_FRACT;
1963
1964         /*
1965          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
1966          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
1967          */
1968         anon_prio = sc->swappiness;
1969         file_prio = 200 - anon_prio;
1970
1971         /*
1972          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
1973          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
1974          * ratios to determine how valuable each cache is.
1975          *
1976          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
1977          * we keep these statistics as a floating average, which ends
1978          * up weighing recent references more than old ones.
1979          *
1980          * anon in [0], file in [1]
1981          */
1982         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1983         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
1984                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
1985                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
1986         }
1987
1988         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
1989                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
1990                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
1991         }
1992
1993         /*
1994          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
1995          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
1996          * each list that were recently referenced and in active use.
1997          */
1998         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
1999         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2000
2001         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2002         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2003         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2004
2005         fraction[0] = ap;
2006         fraction[1] = fp;
2007         denominator = ap + fp + 1;
2008 out:
2009         some_scanned = false;
2010         /* Only use force_scan on second pass. */
2011         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2012                 for_each_evictable_lru(lru) {
2013                         int file = is_file_lru(lru);
2014                         unsigned long size;
2015                         unsigned long scan;
2016
2017                         size = get_lru_size(lruvec, lru);
2018                         scan = size >> sc->priority;
2019
2020                         if (!scan && pass && force_scan)
2021                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2022
2023                         switch (scan_balance) {
2024                         case SCAN_EQUAL:
2025                                 /* Scan lists relative to size */
2026                                 break;
2027                         case SCAN_FRACT:
2028                                 /*
2029                                  * Scan types proportional to swappiness and
2030                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2031                                  */
2032                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2033                                                         denominator);
2034                                 break;
2035                         case SCAN_FILE:
2036                         case SCAN_ANON:
2037                                 /* Scan one type exclusively */
2038                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2039                                         scan = 0;
2040                                 break;
2041                         default:
2042                                 /* Look ma, no brain */
2043                                 BUG();
2044                         }
2045                         nr[lru] = scan;
2046                         /*
2047                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2048                          * if we found something to scan.
2049                          */
2050                         some_scanned |= !!scan;
2051                 }
2052         }
2053 }
2054
2055 /*
2056  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2057  */
2058 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2059 {
2060         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2061         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2062         unsigned long nr_to_scan;
2063         enum lru_list lru;
2064         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2065         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2066         struct blk_plug plug;
2067         bool scan_adjusted;
2068
2069         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2070
2071         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2072         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2073
2074         /*
2075          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2076          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2077          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2078          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2079          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2080          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2081          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2082          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2083          * dropped to zero at the first pass.
2084          */
2085         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2086                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2087
2088         blk_start_plug(&plug);
2089         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2090                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2091                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2092                 unsigned long nr_scanned;
2093
2094                 for_each_evictable_lru(lru) {
2095                         if (nr[lru]) {
2096                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2097                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2098
2099                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2100                                                             lruvec, sc);
2101                         }
2102                 }
2103
2104                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2105                         continue;
2106
2107                 /*
2108                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2109                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2110                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2111                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2112                  * proportional to the original scan target.
2113                  */
2114                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2115                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2116
2117                 /*
2118                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2119                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2120                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2121                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2122                  */
2123                 if (!nr_file || !nr_anon)
2124                         break;
2125
2126                 if (nr_file > nr_anon) {
2127                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2128                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2129                         lru = LRU_BASE;
2130                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2131                 } else {
2132                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2133                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2134                         lru = LRU_FILE;
2135                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2136                 }
2137
2138                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2139                 nr[lru] = 0;
2140                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2141
2142                 /*
2143                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2144                  * scan target and the percentage scanning already complete
2145                  */
2146                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2147                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2148                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2149                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2150
2151                 lru += LRU_ACTIVE;
2152                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2153                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2154                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2155
2156                 scan_adjusted = true;
2157         }
2158         blk_finish_plug(&plug);
2159         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2160
2161         /*
2162          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2163          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2164          */
2165         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2166                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2167                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2168
2169         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2170 }
2171
2172 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2173 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2174 {
2175         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2176                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2177                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2178                 return true;
2179
2180         return false;
2181 }
2182
2183 /*
2184  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2185  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2186  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2187  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2188  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2189  */
2190 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2191                                         unsigned long nr_reclaimed,
2192                                         unsigned long nr_scanned,
2193                                         struct scan_control *sc)
2194 {
2195         unsigned long pages_for_compaction;
2196         unsigned long inactive_lru_pages;
2197
2198         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2199         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2200                 return false;
2201
2202         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2203         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2204                 /*
2205                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2206                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2207                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2208                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2209                  */
2210                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2211                         return false;
2212         } else {
2213                 /*
2214                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2215                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2216                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2217                  * pages that were scanned. This will return to the
2218                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2219                  * the resulting allocation attempt fails
2220                  */
2221                 if (!nr_reclaimed)
2222                         return false;
2223         }
2224
2225         /*
2226          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2227          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2228          */
2229         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2230         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2231         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2232                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2233         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2234                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2235                 return true;
2236
2237         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2238         switch (compaction_suitable(zone, sc->order)) {
2239         case COMPACT_PARTIAL:
2240         case COMPACT_CONTINUE:
2241                 return false;
2242         default:
2243                 return true;
2244         }
2245 }
2246
2247 static void shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2248 {
2249         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2250
2251         do {
2252                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2253                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2254                         .zone = zone,
2255                         .priority = sc->priority,
2256                 };
2257                 struct mem_cgroup *memcg;
2258
2259                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2260                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2261
2262                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2263                 do {
2264                         struct lruvec *lruvec;
2265
2266                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2267
2268                         sc->swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2269                         shrink_lruvec(lruvec, sc);
2270
2271                         /*
2272                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2273                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2274                          * zone.
2275                          *
2276                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2277                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2278                          * retry with decreasing priority if one round over the
2279                          * whole hierarchy is not sufficient.
2280                          */
2281                         if (!global_reclaim(sc) &&
2282                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2283                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2284                                 break;
2285                         }
2286                         memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim);
2287                 } while (memcg);
2288
2289                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2290                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2291                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2292
2293         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2294                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2295 }
2296
2297 /* Returns true if compaction should go ahead for a high-order request */
2298 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2299 {
2300         unsigned long balance_gap, watermark;
2301         bool watermark_ok;
2302
2303         /*
2304          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2305          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2306          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2307          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2308          */
2309         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2310                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2311         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2312         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2313
2314         /*
2315          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2316          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2317          */
2318         if (compaction_deferred(zone, order))
2319                 return watermark_ok;
2320
2321         /* If compaction is not ready to start, keep reclaiming */
2322         if (!compaction_suitable(zone, order))
2323                 return false;
2324
2325         return watermark_ok;
2326 }
2327
2328 /*
2329  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2330  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2331  * request.
2332  *
2333  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2334  * Because:
2335  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2336  *    allocation or
2337  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2338  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2339  *    zone defense algorithm.
2340  *
2341  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2342  * scan then give up on it.
2343  */
2344 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2345 {
2346         struct zoneref *z;
2347         struct zone *zone;
2348         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2349         unsigned long nr_soft_scanned;
2350         unsigned long lru_pages = 0;
2351         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2352         gfp_t orig_mask;
2353         struct shrink_control shrink = {
2354                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2355         };
2356         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2357
2358         /*
2359          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2360          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2361          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2362          */
2363         orig_mask = sc->gfp_mask;
2364         if (buffer_heads_over_limit)
2365                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2366
2367         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2368
2369         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2370                                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2371                 if (!populated_zone(zone))
2372                         continue;
2373                 /*
2374                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2375                  * to global LRU.
2376                  */
2377                 if (global_reclaim(sc)) {
2378                         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2379                                 continue;
2380
2381                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
2382                         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2383
2384                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2385                             !zone_reclaimable(zone))
2386                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2387
2388                         /*
2389                          * If we already have plenty of memory free for
2390                          * compaction in this zone, don't free any more.
2391                          * Even though compaction is invoked for any
2392                          * non-zero order, only frequent costly order
2393                          * reclamation is disruptive enough to become a
2394                          * noticeable problem, like transparent huge
2395                          * page allocations.
2396                          */
2397                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2398                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2399                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2400                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2401                                 sc->compaction_ready = true;
2402                                 continue;
2403                         }
2404
2405                         /*
2406                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2407                          * and returns the number of reclaimed pages and
2408                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2409                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2410                          */
2411                         nr_soft_scanned = 0;
2412                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2413                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2414                                                 &nr_soft_scanned);
2415                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2416                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2417                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2418                 }
2419
2420                 shrink_zone(zone, sc);
2421         }
2422
2423         /*
2424          * Don't shrink slabs when reclaiming memory from over limit cgroups
2425          * but do shrink slab at least once when aborting reclaim for
2426          * compaction to avoid unevenly scanning file/anon LRU pages over slab
2427          * pages.
2428          */
2429         if (global_reclaim(sc)) {
2430                 shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2431                 if (reclaim_state) {
2432                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2433                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2434                 }
2435         }
2436
2437         /*
2438          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2439          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2440          */
2441         sc->gfp_mask = orig_mask;
2442 }
2443
2444 /* All zones in zonelist are unreclaimable? */
2445 static bool all_unreclaimable(struct zonelist *zonelist,
2446                 struct scan_control *sc)
2447 {
2448         struct zoneref *z;
2449         struct zone *zone;
2450
2451         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2452                         gfp_zone(sc->gfp_mask), sc->nodemask) {
2453                 if (!populated_zone(zone))
2454                         continue;
2455                 if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
2456                         continue;
2457                 if (zone_reclaimable(zone))
2458                         return false;
2459         }
2460
2461         return true;
2462 }
2463
2464 /*
2465  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2466  *
2467  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2468  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2469  *
2470  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2471  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2472  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2473  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2474  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2475  * work, and the allocation attempt will fail.
2476  *
2477  * returns:     0, if no pages reclaimed
2478  *              else, the number of pages reclaimed
2479  */
2480 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2481                                           struct scan_control *sc)
2482 {
2483         unsigned long total_scanned = 0;
2484         unsigned long writeback_threshold;
2485
2486         delayacct_freepages_start();
2487
2488         if (global_reclaim(sc))
2489                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2490
2491         do {
2492                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2493                                 sc->priority);
2494                 sc->nr_scanned = 0;
2495                 shrink_zones(zonelist, sc);
2496
2497                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2498                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2499                         break;
2500
2501                 if (sc->compaction_ready)
2502                         break;
2503
2504                 /*
2505                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2506                  * writepage even in laptop mode.
2507                  */
2508                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2509                         sc->may_writepage = 1;
2510
2511                 /*
2512                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2513                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2514                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2515                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2516                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2517                  */
2518                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2519                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2520                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2521                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2522                         sc->may_writepage = 1;
2523                 }
2524         } while (--sc->priority >= 0);
2525
2526         delayacct_freepages_end();
2527
2528         if (sc->nr_reclaimed)
2529                 return sc->nr_reclaimed;
2530
2531         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2532         if (sc->compaction_ready)
2533                 return 1;
2534
2535         /* top priority shrink_zones still had more to do? don't OOM, then */
2536         if (global_reclaim(sc) && !all_unreclaimable(zonelist, sc))
2537                 return 1;
2538
2539         return 0;
2540 }
2541
2542 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2543 {
2544         struct zone *zone;
2545         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2546         unsigned long free_pages = 0;
2547         int i;
2548         bool wmark_ok;
2549
2550         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2551                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2552                 if (!populated_zone(zone))
2553                         continue;
2554
2555                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2556                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2557         }
2558
2559         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2560         if (!pfmemalloc_reserve)
2561                 return true;
2562
2563         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2564
2565         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2566         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2567                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2568                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2569                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2570         }
2571
2572         return wmark_ok;
2573 }
2574
2575 /*
2576  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2577  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2578  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2579  * when the low watermark is reached.
2580  *
2581  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2582  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2583  */
2584 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2585                                         nodemask_t *nodemask)
2586 {
2587         struct zoneref *z;
2588         struct zone *zone;
2589         pg_data_t *pgdat = NULL;
2590
2591         /*
2592          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2593          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2594          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2595          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2596          * processes to block on log_wait_commit().
2597          */
2598         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2599                 goto out;
2600
2601         /*
2602          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2603          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2604          */
2605         if (fatal_signal_pending(current))
2606                 goto out;
2607
2608         /*
2609          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2610          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2611          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2612          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2613          *
2614          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2615          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2616          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2617          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2618          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2619          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2620          * should make reasonable progress.
2621          */
2622         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2623                                         gfp_mask, nodemask) {
2624                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2625                         continue;
2626
2627                 /* Throttle based on the first usable node */
2628                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2629                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2630                         goto out;
2631                 break;
2632         }
2633
2634         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2635         if (!pgdat)
2636                 goto out;
2637
2638         /* Account for the throttling */
2639         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2640
2641         /*
2642          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2643          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2644          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2645          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2646          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2647          * second before continuing.
2648          */
2649         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2650                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2651                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2652
2653                 goto check_pending;
2654         }
2655
2656         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2657         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2658                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2659
2660 check_pending:
2661         if (fatal_signal_pending(current))
2662                 return true;
2663
2664 out:
2665         return false;
2666 }
2667
2668 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2669                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2670 {
2671         unsigned long nr_reclaimed;
2672         struct scan_control sc = {
2673                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2674                 .may_writepage = !laptop_mode,
2675                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2676                 .may_unmap = 1,
2677                 .may_swap = 1,
2678                 .order = order,
2679                 .priority = DEF_PRIORITY,
2680                 .target_mem_cgroup = NULL,
2681                 .nodemask = nodemask,
2682         };
2683
2684         /*
2685          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2686          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2687          * point.
2688          */
2689         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2690                 return 1;
2691
2692         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2693                                 sc.may_writepage,
2694                                 gfp_mask);
2695
2696         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2697
2698         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2699
2700         return nr_reclaimed;
2701 }
2702
2703 #ifdef CONFIG_MEMCG
2704
2705 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2706                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2707                                                 struct zone *zone,
2708                                                 unsigned long *nr_scanned)
2709 {
2710         struct scan_control sc = {
2711                 .nr_scanned = 0,
2712                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2713                 .may_writepage = !laptop_mode,
2714                 .may_unmap = 1,
2715                 .may_swap = !noswap,
2716                 .order = 0,
2717                 .priority = 0,
2718                 .swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg),
2719                 .target_mem_cgroup = memcg,
2720         };
2721         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2722
2723         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2724                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2725
2726         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2727                                                       sc.may_writepage,
2728                                                       sc.gfp_mask);
2729
2730         /*
2731          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2732          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2733          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2734          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2735          * the priority and make it zero.
2736          */
2737         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
2738
2739         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2740
2741         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2742         return sc.nr_reclaimed;
2743 }
2744
2745 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2746                                            gfp_t gfp_mask,
2747                                            bool noswap)
2748 {
2749         struct zonelist *zonelist;
2750         unsigned long nr_reclaimed;
2751         int nid;
2752         struct scan_control sc = {
2753                 .may_writepage = !laptop_mode,
2754                 .may_unmap = 1,
2755                 .may_swap = !noswap,
2756                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2757                 .order = 0,
2758                 .priority = DEF_PRIORITY,
2759                 .target_mem_cgroup = memcg,
2760                 .nodemask = NULL, /* we don't care the placement */
2761                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2762                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2763         };
2764
2765         /*
2766          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2767          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2768          * scan does not need to be the current node.
2769          */
2770         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2771
2772         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2773
2774         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2775                                             sc.may_writepage,
2776                                             sc.gfp_mask);
2777
2778         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2779
2780         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2781
2782         return nr_reclaimed;
2783 }
2784 #endif
2785
2786 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2787 {
2788         struct mem_cgroup *memcg;
2789
2790         if (!total_swap_pages)
2791                 return;
2792
2793         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2794         do {
2795                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2796
2797                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2798                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2799                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2800
2801                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2802         } while (memcg);
2803 }
2804
2805 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2806                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2807 {
2808         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2809                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2810                 return false;
2811
2812         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order &&
2813             !compaction_suitable(zone, order))
2814                 return false;
2815
2816         return true;
2817 }
2818
2819 /*
2820  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2821  *
2822  * For order-0, all zones must be balanced!
2823  *
2824  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2825  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2826  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2827  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2828  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2829  * imbalanced zones.
2830  * The choice of 25% is due to
2831  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2832  *     reasonable sized machine
2833  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2834  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2835  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2836  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2837  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2838  */
2839 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2840 {
2841         unsigned long managed_pages = 0;
2842         unsigned long balanced_pages = 0;
2843         int i;
2844
2845         /* Check the watermark levels */
2846         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2847                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2848
2849                 if (!populated_zone(zone))
2850                         continue;
2851
2852                 managed_pages += zone->managed_pages;
2853
2854                 /*
2855                  * A special case here:
2856                  *
2857                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2858                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2859                  * they must be considered balanced here as well!
2860                  */
2861                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2862                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2863                         continue;
2864                 }
2865
2866                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2867                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2868                 else if (!order)
2869                         return false;
2870         }
2871
2872         if (order)
2873                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2874         else
2875                 return true;
2876 }
2877
2878 /*
2879  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2880  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2881  *
2882  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2883  */
2884 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2885                                         int classzone_idx)
2886 {
2887         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2888         if (remaining)
2889                 return false;
2890
2891         /*
2892          * There is a potential race between when kswapd checks its watermarks
2893          * and a process gets throttled. There is also a potential race if
2894          * processes get throttled, kswapd wakes, a large process exits therby
2895          * balancing the zones that causes kswapd to miss a wakeup. If kswapd
2896          * is going to sleep, no process should be sleeping on pfmemalloc_wait
2897          * so wake them now if necessary. If necessary, processes will wake
2898          * kswapd and get throttled again
2899          */
2900         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait)) {
2901                 wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2902                 return false;
2903         }
2904
2905         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
2906 }
2907
2908 /*
2909  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
2910  * the high watermark.
2911  *
2912  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
2913  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
2914  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
2915  */
2916 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
2917                                int classzone_idx,
2918                                struct scan_control *sc,
2919                                unsigned long lru_pages,
2920                                unsigned long *nr_attempted)
2921 {
2922         int testorder = sc->order;
2923         unsigned long balance_gap;
2924         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2925         struct shrink_control shrink = {
2926                 .gfp_mask = sc->gfp_mask,
2927         };
2928         bool lowmem_pressure;
2929
2930         /* Reclaim above the high watermark. */
2931         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
2932
2933         /*
2934          * Kswapd reclaims only single pages with compaction enabled. Trying
2935          * too hard to reclaim until contiguous free pages have become
2936          * available can hurt performance by evicting too much useful data
2937          * from memory. Do not reclaim more than needed for compaction.
2938          */
2939         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2940                         compaction_suitable(zone, sc->order) !=
2941                                 COMPACT_SKIPPED)
2942                 testorder = 0;
2943
2944         /*
2945          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
2946          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
2947          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
2948          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
2949          */
2950         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2951                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2952
2953         /*
2954          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
2955          * reclaim is necessary
2956          */
2957         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
2958         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder,
2959                                                 balance_gap, classzone_idx))
2960                 return true;
2961
2962         shrink_zone(zone, sc);
2963         nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
2964         node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
2965
2966         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2967         shrink_slab(&shrink, sc->nr_scanned, lru_pages);
2968         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2969
2970         /* Account for the number of pages attempted to reclaim */
2971         *nr_attempted += sc->nr_to_reclaim;
2972
2973         zone_clear_flag(zone, ZONE_WRITEBACK);
2974
2975         /*
2976          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
2977          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
2978          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
2979          * waits.
2980          */
2981         if (zone_reclaimable(zone) &&
2982             zone_balanced(zone, testorder, 0, classzone_idx)) {
2983                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
2984                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
2985         }
2986
2987         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
2988 }
2989
2990 /*
2991  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
2992  * they are all at high_wmark_pages(zone).
2993  *
2994  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
2995  *
2996  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
2997  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
2998  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
2999  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3000  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3001  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3002  * the zone for when the problem goes away.
3003  *
3004  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3005  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3006  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3007  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3008  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3009  * of pages is balanced across the zones.
3010  */
3011 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
3012                                                         int *classzone_idx)
3013 {
3014         int i;
3015         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3016         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3017         unsigned long nr_soft_scanned;
3018         struct scan_control sc = {
3019                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3020                 .priority = DEF_PRIORITY,
3021                 .may_unmap = 1,
3022                 .may_swap = 1,
3023                 .may_writepage = !laptop_mode,
3024                 .order = order,
3025                 .target_mem_cgroup = NULL,
3026         };
3027         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3028
3029         do {
3030                 unsigned long lru_pages = 0;
3031                 unsigned long nr_attempted = 0;
3032                 bool raise_priority = true;
3033                 bool pgdat_needs_compaction = (order > 0);
3034
3035                 sc.nr_reclaimed = 0;
3036
3037                 /*
3038                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3039                  * zone which needs scanning
3040                  */
3041                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3042                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3043
3044                         if (!populated_zone(zone))
3045                                 continue;
3046
3047                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3048                             !zone_reclaimable(zone))
3049                                 continue;
3050
3051                         /*
3052                          * Do some background aging of the anon list, to give
3053                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3054                          */
3055                         age_active_anon(zone, &sc);
3056
3057                         /*
3058                          * If the number of buffer_heads in the machine
3059                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3060                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3061                          * it to relieve lowmem pressure.
3062                          */
3063                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3064                                 end_zone = i;
3065                                 break;
3066                         }
3067
3068                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
3069                                 end_zone = i;
3070                                 break;
3071                         } else {
3072                                 /*
3073                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3074                                  * flags
3075                                  */
3076                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_CONGESTED);
3077                                 zone_clear_flag(zone, ZONE_TAIL_LRU_DIRTY);
3078                         }
3079                 }
3080
3081                 if (i < 0)
3082                         goto out;
3083
3084                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3085                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3086
3087                         if (!populated_zone(zone))
3088                                 continue;
3089
3090                         lru_pages += zone_reclaimable_pages(zone);
3091
3092                         /*
3093                          * If any zone is currently balanced then kswapd will
3094                          * not call compaction as it is expected that the
3095                          * necessary pages are already available.
3096                          */
3097                         if (pgdat_needs_compaction &&
3098                                         zone_watermark_ok(zone, order,
3099                                                 low_wmark_pages(zone),
3100                                                 *classzone_idx, 0))
3101                                 pgdat_needs_compaction = false;
3102                 }
3103
3104                 /*
3105                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3106                  * even in laptop mode.
3107                  */
3108                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3109                         sc.may_writepage = 1;
3110
3111                 /*
3112                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3113                  * at the last zone which needs scanning.
3114                  *
3115                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3116                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3117                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3118                  * cause too much scanning of the lower zones.
3119                  */
3120                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3121                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3122
3123                         if (!populated_zone(zone))
3124                                 continue;
3125
3126                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3127                             !zone_reclaimable(zone))
3128                                 continue;
3129
3130                         sc.nr_scanned = 0;
3131
3132                         nr_soft_scanned = 0;
3133                         /*
3134                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3135                          */
3136                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3137                                                         order, sc.gfp_mask,
3138                                                         &nr_soft_scanned);
3139                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3140
3141                         /*
3142                          * There should be no need to raise the scanning
3143                          * priority if enough pages are already being scanned
3144                          * that that high watermark would be met at 100%
3145                          * efficiency.
3146                          */
3147                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone, &sc,
3148                                         lru_pages, &nr_attempted))
3149                                 raise_priority = false;
3150                 }
3151
3152                 /*
3153                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3154                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3155                  * able to safely make forward progress. Wake them
3156                  */
3157                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3158                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3159                         wake_up(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3160
3161                 /*
3162                  * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced
3163                  * for high-order allocations in all zones. If twice the
3164                  * allocation size has been reclaimed and the zones are still
3165                  * not balanced then recheck the watermarks at order-0 to
3166                  * prevent kswapd reclaiming excessively. Assume that a
3167                  * process requested a high-order can direct reclaim/compact.
3168                  */
3169                 if (order && sc.nr_reclaimed >= 2UL << order)
3170                         order = sc.order = 0;
3171
3172                 /* Check if kswapd should be suspending */
3173                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3174                         break;
3175
3176                 /*
3177                  * Compact if necessary and kswapd is reclaiming at least the
3178                  * high watermark number of pages as requsted
3179                  */
3180                 if (pgdat_needs_compaction && sc.nr_reclaimed > nr_attempted)
3181                         compact_pgdat(pgdat, order);
3182
3183                 /*
3184                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3185                  * progress in reclaiming pages
3186                  */
3187                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3188                         sc.priority--;
3189         } while (sc.priority >= 1 &&
3190                  !pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx));
3191
3192 out:
3193         /*
3194          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
3195          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
3196          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
3197          * was awake, order will remain at the higher level
3198          */
3199         *classzone_idx = end_zone;
3200         return order;
3201 }
3202
3203 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3204 {
3205         long remaining = 0;
3206         DEFINE_WAIT(wait);
3207
3208         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3209                 return;
3210
3211         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3212
3213         /* Try to sleep for a short interval */
3214         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3215                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3216                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3217                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3218         }
3219
3220         /*
3221          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3222          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3223          */
3224         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3225                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3226
3227                 /*
3228                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3229                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3230                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3231                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3232                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3233                  * them before going back to sleep.
3234                  */
3235                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3236
3237                 /*
3238                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3239                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3240                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3241                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3242                  */
3243                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3244
3245                 if (!kthread_should_stop())
3246                         schedule();
3247
3248                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3249         } else {
3250                 if (remaining)
3251                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3252                 else
3253                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3254         }
3255         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3256 }
3257
3258 /*
3259  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3260  * from the init process.
3261  *
3262  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3263  * free memory available even if there is no other activity
3264  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3265  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3266  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3267  *
3268  * If there are applications that are active memory-allocators
3269  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3270  */
3271 static int kswapd(void *p)
3272 {
3273         unsigned long order, new_order;
3274         unsigned balanced_order;
3275         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3276         int balanced_classzone_idx;
3277         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3278         struct task_struct *tsk = current;
3279
3280         struct reclaim_state reclaim_state = {
3281                 .reclaimed_slab = 0,
3282         };
3283         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3284
3285         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3286
3287         if (!cpumask_empty(cpumask))
3288                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3289         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3290
3291         /*
3292          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3293          * and that if we need more memory we should get access to it
3294          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3295          * never get caught in the normal page freeing logic.
3296          *
3297          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3298          * you need a small amount of memory in order to be able to
3299          * page out something else, and this flag essentially protects
3300          * us from recursively trying to free more memory as we're
3301          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3302          */
3303         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3304         set_freezable();
3305
3306         order = new_order = 0;
3307         balanced_order = 0;
3308         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3309         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3310         for ( ; ; ) {
3311                 bool ret;
3312
3313                 /*
3314                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3315                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3316                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3317                  */
3318                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3319                                         balanced_order == new_order) {
3320                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3321                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3322                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3323                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3324                 }
3325
3326                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3327                         /*
3328                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3329                          * allocation or has tigher zone constraints
3330                          */
3331                         order = new_order;
3332                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3333                 } else {
3334                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3335                                                 balanced_classzone_idx);
3336                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3337                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3338                         new_order = order;
3339                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3340                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3341                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3342                 }
3343
3344                 ret = try_to_freeze();
3345                 if (kthread_should_stop())
3346                         break;
3347
3348                 /*
3349                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3350                  * after returning from the refrigerator
3351                  */
3352                 if (!ret) {
3353                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3354                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3355                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3356                                                 &balanced_classzone_idx);
3357                 }
3358         }
3359
3360         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3361         current->reclaim_state = NULL;
3362         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3363
3364         return 0;
3365 }
3366
3367 /*
3368  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3369  */
3370 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3371 {
3372         pg_data_t *pgdat;
3373
3374         if (!populated_zone(zone))
3375                 return;
3376
3377         if (!cpuset_zone_allowed_hardwall(zone, GFP_KERNEL))
3378                 return;
3379         pgdat = zone->zone_pgdat;
3380         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3381                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3382                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3383         }
3384         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3385                 return;
3386         if (zone_balanced(zone, order, 0, 0))
3387                 return;
3388
3389         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3390         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3391 }
3392
3393 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3394 /*
3395  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3396  * freed pages.
3397  *
3398  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3399  * LRU order by reclaiming preferentially
3400  * inactive > active > active referenced > active mapped
3401  */
3402 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3403 {
3404         struct reclaim_state reclaim_state;
3405         struct scan_control sc = {
3406                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3407                 .may_swap = 1,
3408                 .may_unmap = 1,
3409                 .may_writepage = 1,
3410                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3411                 .hibernation_mode = 1,
3412                 .order = 0,
3413                 .priority = DEF_PRIORITY,
3414         };
3415         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3416         struct task_struct *p = current;
3417         unsigned long nr_reclaimed;
3418
3419         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3420         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3421         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3422         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3423
3424         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3425
3426         p->reclaim_state = NULL;
3427         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3428         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3429
3430         return nr_reclaimed;
3431 }
3432 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3433
3434 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3435    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3436    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3437    restore their cpu bindings. */
3438 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3439                         void *hcpu)
3440 {
3441         int nid;
3442
3443         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3444                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3445                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3446                         const struct cpumask *mask;
3447
3448                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3449
3450                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3451                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3452                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3453                 }
3454         }
3455         return NOTIFY_OK;
3456 }
3457
3458 /*
3459  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3460  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3461  */
3462 int kswapd_run(int nid)
3463 {
3464         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3465         int ret = 0;
3466
3467         if (pgdat->kswapd)
3468                 return 0;
3469
3470         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3471         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3472                 /* failure at boot is fatal */
3473                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3474                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3475                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3476                 pgdat->kswapd = NULL;
3477         }
3478         return ret;
3479 }
3480
3481 /*
3482  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3483  * hold mem_hotplug_begin/end().
3484  */
3485 void kswapd_stop(int nid)
3486 {
3487         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3488
3489         if (kswapd) {
3490                 kthread_stop(kswapd);
3491                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3492         }
3493 }
3494
3495 static int __init kswapd_init(void)
3496 {
3497         int nid;
3498
3499         swap_setup();
3500         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3501                 kswapd_run(nid);
3502         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3503         return 0;
3504 }
3505
3506 module_init(kswapd_init)
3507
3508 #ifdef CONFIG_NUMA
3509 /*
3510  * Zone reclaim mode
3511  *
3512  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3513  * the watermarks.
3514  */
3515 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3516
3517 #define RECLAIM_OFF 0
3518 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3519 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3520 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3521
3522 /*
3523  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3524  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3525  * a zone.
3526  */
3527 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3528
3529 /*
3530  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3531  * occur.
3532  */
3533 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3534
3535 /*
3536  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3537  * slab reclaim needs to occur.
3538  */
3539 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3540
3541 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3542 {
3543         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3544         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3545                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3546
3547         /*
3548          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3549          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3550          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3551          */
3552         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3553 }
3554
3555 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3556 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3557 {
3558         long nr_pagecache_reclaimable;
3559         long delta = 0;
3560
3561         /*
3562          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3563          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3564          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3565          * a better estimate
3566          */
3567         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3568                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3569         else
3570                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3571
3572         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3573         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3574                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3575
3576         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3577         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3578                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3579
3580         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3581 }
3582
3583 /*
3584  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3585  */
3586 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3587 {
3588         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3589         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3590         struct task_struct *p = current;
3591         struct reclaim_state reclaim_state;
3592         struct scan_control sc = {
3593                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3594                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3595                 .may_swap = 1,
3596                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3597                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3598                 .order = order,
3599                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3600         };
3601         struct shrink_control shrink = {
3602                 .gfp_mask = sc.gfp_mask,
3603         };
3604         unsigned long nr_slab_pages0, nr_slab_pages1;
3605
3606         cond_resched();
3607         /*
3608          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3609          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3610          * and RECLAIM_SWAP.
3611          */
3612         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3613         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3614         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3615         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3616
3617         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3618                 /*
3619                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3620                  * priorities until we have enough memory freed.
3621                  */
3622                 do {
3623                         shrink_zone(zone, &sc);
3624                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3625         }
3626
3627         nr_slab_pages0 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3628         if (nr_slab_pages0 > zone->min_slab_pages) {
3629                 /*
3630                  * shrink_slab() does not currently allow us to determine how
3631                  * many pages were freed in this zone. So we take the current
3632                  * number of slab pages and shake the slab until it is reduced
3633                  * by the same nr_pages that we used for reclaiming unmapped
3634                  * pages.
3635                  */
3636                 nodes_clear(shrink.nodes_to_scan);
3637                 node_set(zone_to_nid(zone), shrink.nodes_to_scan);
3638                 for (;;) {
3639                         unsigned long lru_pages = zone_reclaimable_pages(zone);
3640
3641                         /* No reclaimable slab or very low memory pressure */
3642                         if (!shrink_slab(&shrink, sc.nr_scanned, lru_pages))
3643                                 break;
3644
3645                         /* Freed enough memory */
3646                         nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone,
3647                                                         NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3648                         if (nr_slab_pages1 + nr_pages <= nr_slab_pages0)
3649                                 break;
3650                 }
3651
3652                 /*
3653                  * Update nr_reclaimed by the number of slab pages we
3654                  * reclaimed from this zone.
3655                  */
3656                 nr_slab_pages1 = zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE);
3657                 if (nr_slab_pages1 < nr_slab_pages0)
3658                         sc.nr_reclaimed += nr_slab_pages0 - nr_slab_pages1;
3659         }
3660
3661         p->reclaim_state = NULL;
3662         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3663         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3664         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3665 }
3666
3667 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3668 {
3669         int node_id;
3670         int ret;
3671
3672         /*
3673          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3674          * slab pages if we are over the defined limits.
3675          *
3676          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3677          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3678          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3679          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3680          * unmapped file backed pages.
3681          */
3682         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3683             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3684                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3685
3686         if (!zone_reclaimable(zone))
3687                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3688
3689         /*
3690          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3691          */
3692         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3693                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3694
3695         /*
3696          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3697          * have associated processors. This will favor the local processor
3698          * over remote processors and spread off node memory allocations
3699          * as wide as possible.
3700          */
3701         node_id = zone_to_nid(zone);
3702         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3703                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3704
3705         if (zone_test_and_set_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED))
3706                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3707
3708         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3709         zone_clear_flag(zone, ZONE_RECLAIM_LOCKED);
3710
3711         if (!ret)
3712                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3713
3714         return ret;
3715 }
3716 #endif
3717
3718 /*
3719  * page_evictable - test whether a page is evictable
3720  * @page: the page to test
3721  *
3722  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3723  * lists vs unevictable list.
3724  *
3725  * Reasons page might not be evictable:
3726  * (1) page's mapping marked unevictable
3727  * (2) page is part of an mlocked VMA
3728  *
3729  */
3730 int page_evictable(struct page *page)
3731 {
3732         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3733 }
3734
3735 #ifdef CONFIG_SHMEM
3736 /**
3737  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3738  * @pages:      array of pages to check
3739  * @nr_pages:   number of pages to check
3740  *
3741  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3742  *
3743  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3744  */
3745 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3746 {
3747         struct lruvec *lruvec;
3748         struct zone *zone = NULL;
3749         int pgscanned = 0;
3750         int pgrescued = 0;
3751         int i;
3752
3753         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3754                 struct page *page = pages[i];
3755                 struct zone *pagezone;
3756
3757                 pgscanned++;
3758                 pagezone = page_zone(page);
3759                 if (pagezone != zone) {
3760                         if (zone)
3761                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3762                         zone = pagezone;
3763                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3764                 }
3765                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3766
3767                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3768                         continue;
3769
3770                 if (page_evictable(page)) {
3771                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3772
3773                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3774                         ClearPageUnevictable(page);
3775                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3776                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3777                         pgrescued++;
3778                 }
3779         }
3780
3781         if (zone) {
3782                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3783                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3784                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3785         }
3786 }
3787 #endif /* CONFIG_SHMEM */
3788
3789 static void warn_scan_unevictable_pages(void)
3790 {
3791         printk_once(KERN_WARNING
3792                     "%s: The scan_unevictable_pages sysctl/node-interface has been "
3793                     "disabled for lack of a legitimate use case.  If you have "
3794                     "one, please send an email to linux-mm@kvack.org.\n",
3795                     current->comm);
3796 }
3797
3798 /*
3799  * scan_unevictable_pages [vm] sysctl handler.  On demand re-scan of
3800  * all nodes' unevictable lists for evictable pages
3801  */
3802 unsigned long scan_unevictable_pages;
3803
3804 int scan_unevictable_handler(struct ctl_table *table, int write,
3805                            void __user *buffer,
3806                            size_t *length, loff_t *ppos)
3807 {
3808         warn_scan_unevictable_pages();
3809         proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
3810         scan_unevictable_pages = 0;
3811         return 0;
3812 }
3813
3814 #ifdef CONFIG_NUMA
3815 /*
3816  * per node 'scan_unevictable_pages' attribute.  On demand re-scan of
3817  * a specified node's per zone unevictable lists for evictable pages.
3818  */
3819
3820 static ssize_t read_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3821                                           struct device_attribute *attr,
3822                                           char *buf)
3823 {
3824         warn_scan_unevictable_pages();
3825         return sprintf(buf, "0\n");     /* always zero; should fit... */
3826 }
3827
3828 static ssize_t write_scan_unevictable_node(struct device *dev,
3829                                            struct device_attribute *attr,
3830                                         const char *buf, size_t count)
3831 {
3832         warn_scan_unevictable_pages();
3833         return 1;
3834 }
3835
3836
3837 static DEVICE_ATTR(scan_unevictable_pages, S_IRUGO | S_IWUSR,
3838                         read_scan_unevictable_node,
3839                         write_scan_unevictable_node);
3840
3841 int scan_unevictable_register_node(struct node *node)
3842 {
3843         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3844 }
3845
3846 void scan_unevictable_unregister_node(struct node *node)
3847 {
3848         device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_scan_unevictable_pages);
3849 }
3850 #endif