kernel/mm/swap.c

   1 /*
   2  *  linux/mm/swap.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 /*
   8  * This file contains the default values for the operation of the
   9  * Linux VM subsystem. Fine-tuning documentation can be found in
  10  * Documentation/sysctl/vm.txt.
  11  * Started 18.12.91
  12  * Swap aging added 23.2.95, Stephen Tweedie.
  13  * Buffermem limits added 12.3.98, Rik van Riel.
  14  */
  15
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/sched.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/swap.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/pagemap.h>
  22 #include <linux/pagevec.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/export.h>
  25 #include <linux/mm_inline.h>
  26 #include <linux/percpu_counter.h>
  27 #include <linux/percpu.h>
  28 #include <linux/cpu.h>
  29 #include <linux/notifier.h>
  30 #include <linux/backing-dev.h>
  31 #include <linux/memcontrol.h>
  32 #include <linux/gfp.h>
  33 #include <linux/uio.h>
  34 #include <linux/hugetlb.h>
  35 #include <linux/locallock.h>
  36
  37 #include "internal.h"
  38
  39 #define CREATE_TRACE_POINTS
  40 #include <trace/events/pagemap.h>
  41
  42 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? */
  43 int page_cluster;
  44
  45 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_add_pvec);
  46 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_rotate_pvecs);
  47 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_deactivate_file_pvecs);
  48
  49 static DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(rotate_lock);
  50 DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(swapvec_lock);
  51
  52 /*
  53  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally
  54  * freed via pagevecs.  But it gets used by networking.
  55  */
  56 static void __page_cache_release(struct page *page)
  57 {
  58         if (PageLRU(page)) {
  59                 struct zone *zone = page_zone(page);
  60                 struct lruvec *lruvec;
  61                 unsigned long flags;
  62
  63                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
  64                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
  65                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
  66                 __ClearPageLRU(page);
  67                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
  68                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
  69         }
  70         mem_cgroup_uncharge(page);
  71 }
  72
  73 static void __put_single_page(struct page *page)
  74 {
  75         __page_cache_release(page);
  76         free_hot_cold_page(page, false);
  77 }
  78
  79 static void __put_compound_page(struct page *page)
  80 {
  81         compound_page_dtor *dtor;
  82
  83         /*
  84          * __page_cache_release() is supposed to be called for thp, not for
  85          * hugetlb. This is because hugetlb page does never have PageLRU set
  86          * (it's never listed to any LRU lists) and no memcg routines should
  87          * be called for hugetlb (it has a separate hugetlb_cgroup.)
  88          */
  89         if (!PageHuge(page))
  90                 __page_cache_release(page);
  91         dtor = get_compound_page_dtor(page);
  92         (*dtor)(page);
  93 }
  94
  95 /**
  96  * Two special cases here: we could avoid taking compound_lock_irqsave
  97  * and could skip the tail refcounting(in _mapcount).
  98  *
  99  * 1. Hugetlbfs page:
 100  *
 101  *    PageHeadHuge will remain true until the compound page
 102  *    is released and enters the buddy allocator, and it could
 103  *    not be split by __split_huge_page_refcount().
 104  *
 105  *    So if we see PageHeadHuge set, and we have the tail page pin,
 106  *    then we could safely put head page.
 107  *
 108  * 2. Slab THP page:
 109  *
 110  *    PG_slab is cleared before the slab frees the head page, and
 111  *    tail pin cannot be the last reference left on the head page,
 112  *    because the slab code is free to reuse the compound page
 113  *    after a kfree/kmem_cache_free without having to check if
 114  *    there's any tail pin left.  In turn all tail pinsmust be always
 115  *    released while the head is still pinned by the slab code
 116  *    and so we know PG_slab will be still set too.
 117  *
 118  *    So if we see PageSlab set, and we have the tail page pin,
 119  *    then we could safely put head page.
 120  */
 121 static __always_inline
 122 void put_unrefcounted_compound_page(struct page *page_head, struct page *page)
 123 {
 124         /*
 125          * If @page is a THP tail, we must read the tail page
 126          * flags after the head page flags. The
 127          * __split_huge_page_refcount side enforces write memory barriers
 128          * between clearing PageTail and before the head page
 129          * can be freed and reallocated.
 130          */
 131         smp_rmb();
 132         if (likely(PageTail(page))) {
 133                 /*
 134                  * __split_huge_page_refcount cannot race
 135                  * here, see the comment above this function.
 136                  */
 137                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page_head), page_head);
 138                 VM_BUG_ON_PAGE(page_mapcount(page) != 0, page);
 139                 if (put_page_testzero(page_head)) {
 140                         /*
 141                          * If this is the tail of a slab THP page,
 142                          * the tail pin must not be the last reference
 143                          * held on the page, because the PG_slab cannot
 144                          * be cleared before all tail pins (which skips
 145                          * the _mapcount tail refcounting) have been
 146                          * released.
 147                          *
 148                          * If this is the tail of a hugetlbfs page,
 149                          * the tail pin may be the last reference on
 150                          * the page instead, because PageHeadHuge will
 151                          * not go away until the compound page enters
 152                          * the buddy allocator.
 153                          */
 154                         VM_BUG_ON_PAGE(PageSlab(page_head), page_head);
 155                         __put_compound_page(page_head);
 156                 }
 157         } else
 158                 /*
 159                  * __split_huge_page_refcount run before us,
 160                  * @page was a THP tail. The split @page_head
 161                  * has been freed and reallocated as slab or
 162                  * hugetlbfs page of smaller order (only
 163                  * possible if reallocated as slab on x86).
 164                  */
 165                 if (put_page_testzero(page))
 166                         __put_single_page(page);
 167 }
 168
 169 static __always_inline
 170 void put_refcounted_compound_page(struct page *page_head, struct page *page)
 171 {
 172         if (likely(page != page_head && get_page_unless_zero(page_head))) {
 173                 unsigned long flags;
 174
 175                 /*
 176                  * @page_head wasn't a dangling pointer but it may not
 177                  * be a head page anymore by the time we obtain the
 178                  * lock. That is ok as long as it can't be freed from
 179                  * under us.
 180                  */
 181                 flags = compound_lock_irqsave(page_head);
 182                 if (unlikely(!PageTail(page))) {
 183                         /* __split_huge_page_refcount run before us */
 184                         compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 185                         if (put_page_testzero(page_head)) {
 186                                 /*
 187                                  * The @page_head may have been freed
 188                                  * and reallocated as a compound page
 189                                  * of smaller order and then freed
 190                                  * again.  All we know is that it
 191                                  * cannot have become: a THP page, a
 192                                  * compound page of higher order, a
 193                                  * tail page.  That is because we
 194                                  * still hold the refcount of the
 195                                  * split THP tail and page_head was
 196                                  * the THP head before the split.
 197                                  */
 198                                 if (PageHead(page_head))
 199                                         __put_compound_page(page_head);
 200                                 else
 201                                         __put_single_page(page_head);
 202                         }
 203 out_put_single:
 204                         if (put_page_testzero(page))
 205                                 __put_single_page(page);
 206                         return;
 207                 }
 208                 VM_BUG_ON_PAGE(page_head != page->first_page, page);
 209                 /*
 210                  * We can release the refcount taken by
 211                  * get_page_unless_zero() now that
 212                  * __split_huge_page_refcount() is blocked on the
 213                  * compound_lock.
 214                  */
 215                 if (put_page_testzero(page_head))
 216                         VM_BUG_ON_PAGE(1, page_head);
 217                 /* __split_huge_page_refcount will wait now */
 218                 VM_BUG_ON_PAGE(page_mapcount(page) <= 0, page);
 219                 atomic_dec(&page->_mapcount);
 220                 VM_BUG_ON_PAGE(atomic_read(&page_head->_count) <= 0, page_head);
 221                 VM_BUG_ON_PAGE(atomic_read(&page->_count) != 0, page);
 222                 compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 223
 224                 if (put_page_testzero(page_head)) {
 225                         if (PageHead(page_head))
 226                                 __put_compound_page(page_head);
 227                         else
 228                                 __put_single_page(page_head);
 229                 }
 230         } else {
 231                 /* @page_head is a dangling pointer */
 232                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
 233                 goto out_put_single;
 234         }
 235 }
 236
 237 static void put_compound_page(struct page *page)
 238 {
 239         struct page *page_head;
 240
 241         /*
 242          * We see the PageCompound set and PageTail not set, so @page maybe:
 243          *  1. hugetlbfs head page, or
 244          *  2. THP head page.
 245          */
 246         if (likely(!PageTail(page))) {
 247                 if (put_page_testzero(page)) {
 248                         /*
 249                          * By the time all refcounts have been released
 250                          * split_huge_page cannot run anymore from under us.
 251                          */
 252                         if (PageHead(page))
 253                                 __put_compound_page(page);
 254                         else
 255                                 __put_single_page(page);
 256                 }
 257                 return;
 258         }
 259
 260         /*
 261          * We see the PageCompound set and PageTail set, so @page maybe:
 262          *  1. a tail hugetlbfs page, or
 263          *  2. a tail THP page, or
 264          *  3. a split THP page.
 265          *
 266          *  Case 3 is possible, as we may race with
 267          *  __split_huge_page_refcount tearing down a THP page.
 268          */
 269         page_head = compound_head_by_tail(page);
 270         if (!__compound_tail_refcounted(page_head))
 271                 put_unrefcounted_compound_page(page_head, page);
 272         else
 273                 put_refcounted_compound_page(page_head, page);
 274 }
 275
 276 void put_page(struct page *page)
 277 {
 278         if (unlikely(PageCompound(page)))
 279                 put_compound_page(page);
 280         else if (put_page_testzero(page))
 281                 __put_single_page(page);
 282 }
 283 EXPORT_SYMBOL(put_page);
 284
 285 /*
 286  * This function is exported but must not be called by anything other
 287  * than get_page(). It implements the slow path of get_page().
 288  */
 289 bool __get_page_tail(struct page *page)
 290 {
 291         /*
 292          * This takes care of get_page() if run on a tail page
 293          * returned by one of the get_user_pages/follow_page variants.
 294          * get_user_pages/follow_page itself doesn't need the compound
 295          * lock because it runs __get_page_tail_foll() under the
 296          * proper PT lock that already serializes against
 297          * split_huge_page().
 298          */
 299         unsigned long flags;
 300         bool got;
 301         struct page *page_head = compound_head(page);
 302
 303         /* Ref to put_compound_page() comment. */
 304         if (!__compound_tail_refcounted(page_head)) {
 305                 smp_rmb();
 306                 if (likely(PageTail(page))) {
 307                         /*
 308                          * This is a hugetlbfs page or a slab
 309                          * page. __split_huge_page_refcount
 310                          * cannot race here.
 311                          */
 312                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page_head), page_head);
 313                         __get_page_tail_foll(page, true);
 314                         return true;
 315                 } else {
 316                         /*
 317                          * __split_huge_page_refcount run
 318                          * before us, "page" was a THP
 319                          * tail. The split page_head has been
 320                          * freed and reallocated as slab or
 321                          * hugetlbfs page of smaller order
 322                          * (only possible if reallocated as
 323                          * slab on x86).
 324                          */
 325                         return false;
 326                 }
 327         }
 328
 329         got = false;
 330         if (likely(page != page_head && get_page_unless_zero(page_head))) {
 331                 /*
 332                  * page_head wasn't a dangling pointer but it
 333                  * may not be a head page anymore by the time
 334                  * we obtain the lock. That is ok as long as it
 335                  * can't be freed from under us.
 336                  */
 337                 flags = compound_lock_irqsave(page_head);
 338                 /* here __split_huge_page_refcount won't run anymore */
 339                 if (likely(PageTail(page))) {
 340                         __get_page_tail_foll(page, false);
 341                         got = true;
 342                 }
 343                 compound_unlock_irqrestore(page_head, flags);
 344                 if (unlikely(!got))
 345                         put_page(page_head);
 346         }
 347         return got;
 348 }
 349 EXPORT_SYMBOL(__get_page_tail);
 350
 351 /**
 352  * put_pages_list() - release a list of pages
 353  * @pages: list of pages threaded on page->lru
 354  *
 355  * Release a list of pages which are strung together on page.lru.  Currently
 356  * used by read_cache_pages() and related error recovery code.
 357  */
 358 void put_pages_list(struct list_head *pages)
 359 {
 360         while (!list_empty(pages)) {
 361                 struct page *victim;
 362
 363                 victim = list_entry(pages->prev, struct page, lru);
 364                 list_del(&victim->lru);
 365                 page_cache_release(victim);
 366         }
 367 }
 368 EXPORT_SYMBOL(put_pages_list);
 369
 370 /*
 371  * get_kernel_pages() - pin kernel pages in memory
 372  * @kiov:       An array of struct kvec structures
 373  * @nr_segs:    number of segments to pin
 374  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 375  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
 376  *              Should be at least nr_segs long.
 377  *
 378  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
 379  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
 380  * were pinned, returns -errno. Each page returned must be released
 381  * with a put_page() call when it is finished with.
 382  */
 383 int get_kernel_pages(const struct kvec *kiov, int nr_segs, int write,
 384                 struct page **pages)
 385 {
 386         int seg;
 387
 388         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 389                 if (WARN_ON(kiov[seg].iov_len != PAGE_SIZE))
 390                         return seg;
 391
 392                 pages[seg] = kmap_to_page(kiov[seg].iov_base);
 393                 page_cache_get(pages[seg]);
 394         }
 395
 396         return seg;
 397 }
 398 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_pages);
 399
 400 /*
 401  * get_kernel_page() - pin a kernel page in memory
 402  * @start:      starting kernel address
 403  * @write:      pinning for read/write, currently ignored
 404  * @pages:      array that receives pointer to the page pinned.
 405  *              Must be at least nr_segs long.
 406  *
 407  * Returns 1 if page is pinned. If the page was not pinned, returns
 408  * -errno. The page returned must be released with a put_page() call
 409  * when it is finished with.
 410  */
 411 int get_kernel_page(unsigned long start, int write, struct page **pages)
 412 {
 413         const struct kvec kiov = {
 414                 .iov_base = (void *)start,
 415                 .iov_len = PAGE_SIZE
 416         };
 417
 418         return get_kernel_pages(&kiov, 1, write, pages);
 419 }
 420 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_kernel_page);
 421
 422 static void pagevec_lru_move_fn(struct pagevec *pvec,
 423         void (*move_fn)(struct page *page, struct lruvec *lruvec, void *arg),
 424         void *arg)
 425 {
 426         int i;
 427         struct zone *zone = NULL;
 428         struct lruvec *lruvec;
 429         unsigned long flags = 0;
 430
 431         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
 432                 struct page *page = pvec->pages[i];
 433                 struct zone *pagezone = page_zone(page);
 434
 435                 if (pagezone != zone) {
 436                         if (zone)
 437                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 438                         zone = pagezone;
 439                         spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 440                 }
 441
 442                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 443                 (*move_fn)(page, lruvec, arg);
 444         }
 445         if (zone)
 446                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 447         release_pages(pvec->pages, pvec->nr, pvec->cold);
 448         pagevec_reinit(pvec);
 449 }
 450
 451 static void pagevec_move_tail_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 452                                  void *arg)
 453 {
 454         int *pgmoved = arg;
 455
 456         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 457                 enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
 458                 list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
 459                 (*pgmoved)++;
 460         }
 461 }
 462
 463 /*
 464  * pagevec_move_tail() must be called with IRQ disabled.
 465  * Otherwise this may cause nasty races.
 466  */
 467 static void pagevec_move_tail(struct pagevec *pvec)
 468 {
 469         int pgmoved = 0;
 470
 471         pagevec_lru_move_fn(pvec, pagevec_move_tail_fn, &pgmoved);
 472         __count_vm_events(PGROTATED, pgmoved);
 473 }
 474
 475 /*
 476  * Writeback is about to end against a page which has been marked for immediate
 477  * reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it to the tail of the
 478  * inactive list.
 479  */
 480 void rotate_reclaimable_page(struct page *page)
 481 {
 482         if (!PageLocked(page) && !PageDirty(page) && !PageActive(page) &&
 483             !PageUnevictable(page) && PageLRU(page)) {
 484                 struct pagevec *pvec;
 485                 unsigned long flags;
 486
 487                 page_cache_get(page);
 488                 local_lock_irqsave(rotate_lock, flags);
 489                 pvec = this_cpu_ptr(&lru_rotate_pvecs);
 490                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 491                         pagevec_move_tail(pvec);
 492                 local_unlock_irqrestore(rotate_lock, flags);
 493         }
 494 }
 495
 496 static void update_page_reclaim_stat(struct lruvec *lruvec,
 497                                      int file, int rotated)
 498 {
 499         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
 500
 501         reclaim_stat->recent_scanned[file]++;
 502         if (rotated)
 503                 reclaim_stat->recent_rotated[file]++;
 504 }
 505
 506 static void __activate_page(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 507                             void *arg)
 508 {
 509         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 510                 int file = page_is_file_cache(page);
 511                 int lru = page_lru_base_type(page);
 512
 513                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
 514                 SetPageActive(page);
 515                 lru += LRU_ACTIVE;
 516                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
 517                 trace_mm_lru_activate(page);
 518
 519                 __count_vm_event(PGACTIVATE);
 520                 update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 1);
 521         }
 522 }
 523
 524 #ifdef CONFIG_SMP
 525 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, activate_page_pvecs);
 526
 527 static void activate_page_drain(int cpu)
 528 {
 529         struct pagevec *pvec = &per_cpu(activate_page_pvecs, cpu);
 530
 531         if (pagevec_count(pvec))
 532                 pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page, NULL);
 533 }
 534
 535 static bool need_activate_page_drain(int cpu)
 536 {
 537         return pagevec_count(&per_cpu(activate_page_pvecs, cpu)) != 0;
 538 }
 539
 540 void activate_page(struct page *page)
 541 {
 542         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
 543                 struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock,
 544                                                        activate_page_pvecs);
 545
 546                 page_cache_get(page);
 547                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 548                         pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page, NULL);
 549                 put_locked_var(swapvec_lock, activate_page_pvecs);
 550         }
 551 }
 552
 553 #else
 554 static inline void activate_page_drain(int cpu)
 555 {
 556 }
 557
 558 static bool need_activate_page_drain(int cpu)
 559 {
 560         return false;
 561 }
 562
 563 void activate_page(struct page *page)
 564 {
 565         struct zone *zone = page_zone(page);
 566
 567         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 568         __activate_page(page, mem_cgroup_page_lruvec(page, zone), NULL);
 569         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 570 }
 571 #endif
 572
 573 static void __lru_cache_activate_page(struct page *page)
 574 {
 575         struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 576         int i;
 577
 578         /*
 579          * Search backwards on the optimistic assumption that the page being
 580          * activated has just been added to this pagevec. Note that only
 581          * the local pagevec is examined as a !PageLRU page could be in the
 582          * process of being released, reclaimed, migrated or on a remote
 583          * pagevec that is currently being drained. Furthermore, marking
 584          * a remote pagevec's page PageActive potentially hits a race where
 585          * a page is marked PageActive just after it is added to the inactive
 586          * list causing accounting errors and BUG_ON checks to trigger.
 587          */
 588         for (i = pagevec_count(pvec) - 1; i >= 0; i--) {
 589                 struct page *pagevec_page = pvec->pages[i];
 590
 591                 if (pagevec_page == page) {
 592                         SetPageActive(page);
 593                         break;
 594                 }
 595         }
 596
 597         put_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 598 }
 599
 600 /*
 601  * Mark a page as having seen activity.
 602  *
 603  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
 604  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
 605  * active,unreferenced          ->      active,referenced
 606  *
 607  * When a newly allocated page is not yet visible, so safe for non-atomic ops,
 608  * __SetPageReferenced(page) may be substituted for mark_page_accessed(page).
 609  */
 610 void mark_page_accessed(struct page *page)
 611 {
 612         if (!PageActive(page) && !PageUnevictable(page) &&
 613                         PageReferenced(page)) {
 614
 615                 /*
 616                  * If the page is on the LRU, queue it for activation via
 617                  * activate_page_pvecs. Otherwise, assume the page is on a
 618                  * pagevec, mark it active and it'll be moved to the active
 619                  * LRU on the next drain.
 620                  */
 621                 if (PageLRU(page))
 622                         activate_page(page);
 623                 else
 624                         __lru_cache_activate_page(page);
 625                 ClearPageReferenced(page);
 626                 if (page_is_file_cache(page))
 627                         workingset_activation(page);
 628         } else if (!PageReferenced(page)) {
 629                 SetPageReferenced(page);
 630         }
 631 }
 632 EXPORT_SYMBOL(mark_page_accessed);
 633
 634 static void __lru_cache_add(struct page *page)
 635 {
 636         struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 637
 638         page_cache_get(page);
 639         if (!pagevec_space(pvec))
 640                 __pagevec_lru_add(pvec);
 641         pagevec_add(pvec, page);
 642         put_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 643 }
 644
 645 /**
 646  * lru_cache_add: add a page to the page lists
 647  * @page: the page to add
 648  */
 649 void lru_cache_add_anon(struct page *page)
 650 {
 651         if (PageActive(page))
 652                 ClearPageActive(page);
 653         __lru_cache_add(page);
 654 }
 655
 656 void lru_cache_add_file(struct page *page)
 657 {
 658         if (PageActive(page))
 659                 ClearPageActive(page);
 660         __lru_cache_add(page);
 661 }
 662 EXPORT_SYMBOL(lru_cache_add_file);
 663
 664 /**
 665  * lru_cache_add - add a page to a page list
 666  * @page: the page to be added to the LRU.
 667  *
 668  * Queue the page for addition to the LRU via pagevec. The decision on whether
 669  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 670  * pagevec is drained. This gives a chance for the caller of lru_cache_add()
 671  * have the page added to the active list using mark_page_accessed().
 672  */
 673 void lru_cache_add(struct page *page)
 674 {
 675         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page) && PageUnevictable(page), page);
 676         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 677         __lru_cache_add(page);
 678 }
 679
 680 /**
 681  * add_page_to_unevictable_list - add a page to the unevictable list
 682  * @page:  the page to be added to the unevictable list
 683  *
 684  * Add page directly to its zone's unevictable list.  To avoid races with
 685  * tasks that might be making the page evictable, through eg. munlock,
 686  * munmap or exit, while it's not on the lru, we want to add the page
 687  * while it's locked or otherwise "invisible" to other tasks.  This is
 688  * difficult to do when using the pagevec cache, so bypass that.
 689  */
 690 void add_page_to_unevictable_list(struct page *page)
 691 {
 692         struct zone *zone = page_zone(page);
 693         struct lruvec *lruvec;
 694
 695         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 696         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 697         ClearPageActive(page);
 698         SetPageUnevictable(page);
 699         SetPageLRU(page);
 700         add_page_to_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
 701         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 702 }
 703
 704 /**
 705  * lru_cache_add_active_or_unevictable
 706  * @page:  the page to be added to LRU
 707  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
 708  *
 709  * Place @page on the active or unevictable LRU list, depending on its
 710  * evictability.  Note that if the page is not evictable, it goes
 711  * directly back onto it's zone's unevictable list, it does NOT use a
 712  * per cpu pagevec.
 713  */
 714 void lru_cache_add_active_or_unevictable(struct page *page,
 715                                          struct vm_area_struct *vma)
 716 {
 717         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 718
 719         if (likely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) != VM_LOCKED)) {
 720                 SetPageActive(page);
 721                 lru_cache_add(page);
 722                 return;
 723         }
 724
 725         if (!TestSetPageMlocked(page)) {
 726                 /*
 727                  * We use the irq-unsafe __mod_zone_page_stat because this
 728                  * counter is not modified from interrupt context, and the pte
 729                  * lock is held(spinlock), which implies preemption disabled.
 730                  */
 731                 __mod_zone_page_state(page_zone(page), NR_MLOCK,
 732                                     hpage_nr_pages(page));
 733                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMLOCKED);
 734         }
 735         add_page_to_unevictable_list(page);
 736 }
 737
 738 /*
 739  * If the page can not be invalidated, it is moved to the
 740  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 741  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 742  * threads some time to write it out, as this is much more
 743  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 744  *
 745  * If the page isn't page_mapped and dirty/writeback, the page
 746  * could reclaim asap using PG_reclaim.
 747  *
 748  * 1. active, mapped page -> none
 749  * 2. active, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 750  * 3. inactive, mapped page -> none
 751  * 4. inactive, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 752  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 753  * 6. Others -> none
 754  *
 755  * In 4, why it moves inactive's head, the VM expects the page would
 756  * be write it out by flusher threads as this is much more effective
 757  * than the single-page writeout from reclaim.
 758  */
 759 static void lru_deactivate_file_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 760                               void *arg)
 761 {
 762         int lru, file;
 763         bool active;
 764
 765         if (!PageLRU(page))
 766                 return;
 767
 768         if (PageUnevictable(page))
 769                 return;
 770
 771         /* Some processes are using the page */
 772         if (page_mapped(page))
 773                 return;
 774
 775         active = PageActive(page);
 776         file = page_is_file_cache(page);
 777         lru = page_lru_base_type(page);
 778
 779         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru + active);
 780         ClearPageActive(page);
 781         ClearPageReferenced(page);
 782         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
 783
 784         if (PageWriteback(page) || PageDirty(page)) {
 785                 /*
 786                  * PG_reclaim could be raced with end_page_writeback
 787                  * It can make readahead confusing.  But race window
 788                  * is _really_ small and  it's non-critical problem.
 789                  */
 790                 SetPageReclaim(page);
 791         } else {
 792                 /*
 793                  * The page's writeback ends up during pagevec
 794                  * We moves tha page into tail of inactive.
 795                  */
 796                 list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
 797                 __count_vm_event(PGROTATED);
 798         }
 799
 800         if (active)
 801                 __count_vm_event(PGDEACTIVATE);
 802         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 0);
 803 }
 804
 805 /*
 806  * Drain pages out of the cpu's pagevecs.
 807  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 808  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 809  */
 810 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 811 {
 812         struct pagevec *pvec = &per_cpu(lru_add_pvec, cpu);
 813
 814         if (pagevec_count(pvec))
 815                 __pagevec_lru_add(pvec);
 816
 817         pvec = &per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu);
 818         if (pagevec_count(pvec)) {
 819                 unsigned long flags;
 820
 821                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 822                 local_lock_irqsave(rotate_lock, flags);
 823                 pagevec_move_tail(pvec);
 824                 local_unlock_irqrestore(rotate_lock, flags);
 825         }
 826
 827         pvec = &per_cpu(lru_deactivate_file_pvecs, cpu);
 828         if (pagevec_count(pvec))
 829                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn, NULL);
 830
 831         activate_page_drain(cpu);
 832 }
 833
 834 /**
 835  * deactivate_file_page - forcefully deactivate a file page
 836  * @page: page to deactivate
 837  *
 838  * This function hints the VM that @page is a good reclaim candidate,
 839  * for example if its invalidation fails due to the page being dirty
 840  * or under writeback.
 841  */
 842 void deactivate_file_page(struct page *page)
 843 {
 844         /*
 845          * In a workload with many unevictable page such as mprotect,
 846          * unevictable page deactivation for accelerating reclaim is pointless.
 847          */
 848         if (PageUnevictable(page))
 849                 return;
 850
 851         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
 852                 struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock,
 853                                                        lru_deactivate_file_pvecs);
 854
 855                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 856                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn, NULL);
 857                 put_locked_var(swapvec_lock, lru_deactivate_file_pvecs);
 858         }
 859 }
 860
 861 void lru_add_drain(void)
 862 {
 863         lru_add_drain_cpu(local_lock_cpu(swapvec_lock));
 864         local_unlock_cpu(swapvec_lock);
 865 }
 866
 867 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 868 {
 869         lru_add_drain();
 870 }
 871
 872 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 873
 874 void lru_add_drain_all(void)
 875 {
 876         static DEFINE_MUTEX(lock);
 877         static struct cpumask has_work;
 878         int cpu;
 879
 880         mutex_lock(&lock);
 881         get_online_cpus();
 882         cpumask_clear(&has_work);
 883
 884         for_each_online_cpu(cpu) {
 885                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 886
 887                 if (pagevec_count(&per_cpu(lru_add_pvec, cpu)) ||
 888                     pagevec_count(&per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu)) ||
 889                     pagevec_count(&per_cpu(lru_deactivate_file_pvecs, cpu)) ||
 890                     need_activate_page_drain(cpu)) {
 891                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 892                         schedule_work_on(cpu, work);
 893                         cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 894                 }
 895         }
 896
 897         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 898                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 899
 900         put_online_cpus();
 901         mutex_unlock(&lock);
 902 }
 903
 904 /**
 905  * release_pages - batched page_cache_release()
 906  * @pages: array of pages to release
 907  * @nr: number of pages
 908  * @cold: whether the pages are cache cold
 909  *
 910  * Decrement the reference count on all the pages in @pages.  If it
 911  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 912  */
 913 void release_pages(struct page **pages, int nr, bool cold)
 914 {
 915         int i;
 916         LIST_HEAD(pages_to_free);
 917         struct zone *zone = NULL;
 918         struct lruvec *lruvec;
 919         unsigned long uninitialized_var(flags);
 920         unsigned int uninitialized_var(lock_batch);
 921
 922         for (i = 0; i < nr; i++) {
 923                 struct page *page = pages[i];
 924
 925                 if (unlikely(PageCompound(page))) {
 926                         if (zone) {
 927                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 928                                 zone = NULL;
 929                         }
 930                         put_compound_page(page);
 931                         continue;
 932                 }
 933
 934                 /*
 935                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
 936                  * excessive with a continuous string of pages from the
 937                  * same zone. The lock is held only if zone != NULL.
 938                  */
 939                 if (zone && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
 940                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 941                         zone = NULL;
 942                 }
 943
 944                 if (!put_page_testzero(page))
 945                         continue;
 946
 947                 if (PageLRU(page)) {
 948                         struct zone *pagezone = page_zone(page);
 949
 950                         if (pagezone != zone) {
 951                                 if (zone)
 952                                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock,
 953                                                                         flags);
 954                                 lock_batch = 0;
 955                                 zone = pagezone;
 956                                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 957                         }
 958
 959                         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 960                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
 961                         __ClearPageLRU(page);
 962                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
 963                 }
 964
 965                 /* Clear Active bit in case of parallel mark_page_accessed */
 966                 __ClearPageActive(page);
 967
 968                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
 969         }
 970         if (zone)
 971                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 972
 973         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
 974         free_hot_cold_page_list(&pages_to_free, cold);
 975 }
 976 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
 977
 978 /*
 979  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
 980  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
 981  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
 982  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
 983  *
 984  * So __pagevec_release() will drain those queues here.  __pagevec_lru_add()
 985  * and __pagevec_lru_add_active() call release_pages() directly to avoid
 986  * mutual recursion.
 987  */
 988 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
 989 {
 990         lru_add_drain();
 991         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec), pvec->cold);
 992         pagevec_reinit(pvec);
 993 }
 994 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
 995
 996 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 997 /* used by __split_huge_page_refcount() */
 998 void lru_add_page_tail(struct page *page, struct page *page_tail,
 999                        struct lruvec *lruvec, struct list_head *list)
1000 {
1001         const int file = 0;
1002
1003         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page), page);
1004         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page_tail), page);
1005         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page_tail), page);
1006         VM_BUG_ON(NR_CPUS != 1 &&
1007                   !spin_is_locked(&lruvec_zone(lruvec)->lru_lock));
1008
1009         if (!list)
1010                 SetPageLRU(page_tail);
1011
1012         if (likely(PageLRU(page)))
1013                 list_add_tail(&page_tail->lru, &page->lru);
1014         else if (list) {
1015                 /* page reclaim is reclaiming a huge page */
1016                 get_page(page_tail);
1017                 list_add_tail(&page_tail->lru, list);
1018         } else {
1019                 struct list_head *list_head;
1020                 /*
1021                  * Head page has not yet been counted, as an hpage,
1022                  * so we must account for each subpage individually.
1023                  *
1024                  * Use the standard add function to put page_tail on the list,
1025                  * but then correct its position so they all end up in order.
1026                  */
1027                 add_page_to_lru_list(page_tail, lruvec, page_lru(page_tail));
1028                 list_head = page_tail->lru.prev;
1029                 list_move_tail(&page_tail->lru, list_head);
1030         }
1031
1032         if (!PageUnevictable(page))
1033                 update_page_reclaim_stat(lruvec, file, PageActive(page_tail));
1034 }
1035 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1036
1037 static void __pagevec_lru_add_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
1038                                  void *arg)
1039 {
1040         int file = page_is_file_cache(page);
1041         int active = PageActive(page);
1042         enum lru_list lru = page_lru(page);
1043
1044         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1045
1046         SetPageLRU(page);
1047         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1048         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, active);
1049         trace_mm_lru_insertion(page, lru);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * Add the passed pages to the LRU, then drop the caller's refcount
1054  * on them.  Reinitialises the caller's pagevec.
1055  */
1056 void __pagevec_lru_add(struct pagevec *pvec)
1057 {
1058         pagevec_lru_move_fn(pvec, __pagevec_lru_add_fn, NULL);
1059 }
1060 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_lru_add);
1061
1062 /**
1063  * pagevec_lookup_entries - gang pagecache lookup
1064  * @pvec:       Where the resulting entries are placed
1065  * @mapping:    The address_space to search
1066  * @start:      The starting entry index
1067  * @nr_entries: The maximum number of entries
1068  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @pvec
1069  *
1070  * pagevec_lookup_entries() will search for and return a group of up
1071  * to @nr_entries pages and shadow entries in the mapping.  All
1072  * entries are placed in @pvec.  pagevec_lookup_entries() takes a
1073  * reference against actual pages in @pvec.
1074  *
1075  * The search returns a group of mapping-contiguous entries with
1076  * ascending indexes.  There may be holes in the indices due to
1077  * not-present entries.
1078  *
1079  * pagevec_lookup_entries() returns the number of entries which were
1080  * found.
1081  */
1082 unsigned pagevec_lookup_entries(struct pagevec *pvec,
1083                                 struct address_space *mapping,
1084                                 pgoff_t start, unsigned nr_pages,
1085                                 pgoff_t *indices)
1086 {
1087         pvec->nr = find_get_entries(mapping, start, nr_pages,
1088                                     pvec->pages, indices);
1089         return pagevec_count(pvec);
1090 }
1091
1092 /**
1093  * pagevec_remove_exceptionals - pagevec exceptionals pruning
1094  * @pvec:       The pagevec to prune
1095  *
1096  * pagevec_lookup_entries() fills both pages and exceptional radix
1097  * tree entries into the pagevec.  This function prunes all
1098  * exceptionals from @pvec without leaving holes, so that it can be
1099  * passed on to page-only pagevec operations.
1100  */
1101 void pagevec_remove_exceptionals(struct pagevec *pvec)
1102 {
1103         int i, j;
1104
1105         for (i = 0, j = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
1106                 struct page *page = pvec->pages[i];
1107                 if (!radix_tree_exceptional_entry(page))
1108                         pvec->pages[j++] = page;
1109         }
1110         pvec->nr = j;
1111 }
1112
1113 /**
1114  * pagevec_lookup - gang pagecache lookup
1115  * @pvec:       Where the resulting pages are placed
1116  * @mapping:    The address_space to search
1117  * @start:      The starting page index
1118  * @nr_pages:   The maximum number of pages
1119  *
1120  * pagevec_lookup() will search for and return a group of up to @nr_pages pages
1121  * in the mapping.  The pages are placed in @pvec.  pagevec_lookup() takes a
1122  * reference against the pages in @pvec.
1123  *
1124  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
1125  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages.
1126  *
1127  * pagevec_lookup() returns the number of pages which were found.
1128  */
1129 unsigned pagevec_lookup(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1130                 pgoff_t start, unsigned nr_pages)
1131 {
1132         pvec->nr = find_get_pages(mapping, start, nr_pages, pvec->pages);
1133         return pagevec_count(pvec);
1134 }
1135 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup);
1136
1137 unsigned pagevec_lookup_tag(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1138                 pgoff_t *index, int tag, unsigned nr_pages)
1139 {
1140         pvec->nr = find_get_pages_tag(mapping, index, tag,
1141                                         nr_pages, pvec->pages);
1142         return pagevec_count(pvec);
1143 }
1144 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_tag);
1145
1146 /*
1147  * Perform any setup for the swap system
1148  */
1149 void __init swap_setup(void)
1150 {
1151         unsigned long megs = totalram_pages >> (20 - PAGE_SHIFT);
1152 #ifdef CONFIG_SWAP
1153         int i;
1154
1155         for (i = 0; i < MAX_SWAPFILES; i++)
1156                 spin_lock_init(&swapper_spaces[i].tree_lock);
1157 #endif
1158
1159         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1160         if (megs < 16)
1161                 page_cluster = 2;
1162         else
1163                 page_cluster = 3;
1164         /*
1165          * Right now other parts of the system means that we
1166          * _really_ don't want to cluster much more
1167          */
1168 }