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/locallock.h>
  35 #include <linux/hugetlb.h>
  36 #include <linux/page_idle.h>
  37
  38 #include "internal.h"
  39
  40 #define CREATE_TRACE_POINTS
  41 #include <trace/events/pagemap.h>
  42
  43 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? */
  44 int page_cluster;
  45
  46 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_add_pvec);
  47 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_rotate_pvecs);
  48 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_deactivate_file_pvecs);
  49
  50 static DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(rotate_lock);
  51 DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(swapvec_lock);
  52
  53 /*
  54  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally
  55  * freed via pagevecs.  But it gets used by networking.
  56  */
  57 static void __page_cache_release(struct page *page)
  58 {
  59         if (PageLRU(page)) {
  60                 struct zone *zone = page_zone(page);
  61                 struct lruvec *lruvec;
  62                 unsigned long flags;
  63
  64                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
  65                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
  66                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
  67                 __ClearPageLRU(page);
  68                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
  69                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
  70         }
  71         mem_cgroup_uncharge(page);
  72 }
  73
  74 static void __put_single_page(struct page *page)
  75 {
  76         __page_cache_release(page);
  77         free_hot_cold_page(page, false);
  78 }
  79
  80 static void __put_compound_page(struct page *page)
  81 {
  82         compound_page_dtor *dtor;
  83
  84         /*
  85          * __page_cache_release() is supposed to be called for thp, not for
  86          * hugetlb. This is because hugetlb page does never have PageLRU set
  87          * (it's never listed to any LRU lists) and no memcg routines should
  88          * be called for hugetlb (it has a separate hugetlb_cgroup.)
  89          */
  90         if (!PageHuge(page))
  91                 __page_cache_release(page);
  92         dtor = get_compound_page_dtor(page);
  93         (*dtor)(page);
  94 }
  95
  96 /**
  97  * Two special cases here: we could avoid taking compound_lock_irqsave
  98  * and could skip the tail refcounting(in _mapcount).
  99  *
 100  * 1. Hugetlbfs page:
 101  *
 102  *    PageHeadHuge will remain true until the compound page
 103  *    is released and enters the buddy allocator, and it could
 104  *    not be split by __split_huge_page_refcount().
 105  *
 106  *    So if we see PageHeadHuge set, and we have the tail page pin,
 107  *    then we could safely put head page.
 108  *
 109  * 2. Slab THP page:
 110  *
 111  *    PG_slab is cleared before the slab frees the head page, and
 112  *    tail pin cannot be the last reference left on the head page,
 113  *    because the slab code is free to reuse the compound page
 114  *    after a kfree/kmem_cache_free without having to check if
 115  *    there's any tail pin left.  In turn all tail pinsmust be always
 116  *    released while the head is still pinned by the slab code
 117  *    and so we know PG_slab will be still set too.
 118  *
 119  *    So if we see PageSlab set, and we have the tail page pin,
 120  *    then we could safely put head page.
 121  */
 122 static __always_inline
 123 void put_unrefcounted_compound_page(struct page *page_head, struct page *page)
 124 {
 125         /*
 126          * If @page is a THP tail, we must read the tail page
 127          * flags after the head page flags. The
 128          * __split_huge_page_refcount side enforces write memory barriers
 129          * between clearing PageTail and before the head page
 130          * can be freed and reallocated.
 131          */
 132         smp_rmb();
 133         if (likely(PageTail(page))) {
 134                 /*
 135                  * __split_huge_page_refcount cannot race
 136                  * here, see the comment above this function.
 137                  */
 138                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page_head), page_head);
 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 != compound_head(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(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         if (page_is_idle(page))
 632                 clear_page_idle(page);
 633 }
 634 EXPORT_SYMBOL(mark_page_accessed);
 635
 636 static void __lru_cache_add(struct page *page)
 637 {
 638         struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 639
 640         page_cache_get(page);
 641         if (!pagevec_space(pvec))
 642                 __pagevec_lru_add(pvec);
 643         pagevec_add(pvec, page);
 644         put_locked_var(swapvec_lock, lru_add_pvec);
 645 }
 646
 647 /**
 648  * lru_cache_add: add a page to the page lists
 649  * @page: the page to add
 650  */
 651 void lru_cache_add_anon(struct page *page)
 652 {
 653         if (PageActive(page))
 654                 ClearPageActive(page);
 655         __lru_cache_add(page);
 656 }
 657
 658 void lru_cache_add_file(struct page *page)
 659 {
 660         if (PageActive(page))
 661                 ClearPageActive(page);
 662         __lru_cache_add(page);
 663 }
 664 EXPORT_SYMBOL(lru_cache_add_file);
 665
 666 /**
 667  * lru_cache_add - add a page to a page list
 668  * @page: the page to be added to the LRU.
 669  *
 670  * Queue the page for addition to the LRU via pagevec. The decision on whether
 671  * to add the page to the [in]active [file|anon] list is deferred until the
 672  * pagevec is drained. This gives a chance for the caller of lru_cache_add()
 673  * have the page added to the active list using mark_page_accessed().
 674  */
 675 void lru_cache_add(struct page *page)
 676 {
 677         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page) && PageUnevictable(page), page);
 678         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 679         __lru_cache_add(page);
 680 }
 681
 682 /**
 683  * add_page_to_unevictable_list - add a page to the unevictable list
 684  * @page:  the page to be added to the unevictable list
 685  *
 686  * Add page directly to its zone's unevictable list.  To avoid races with
 687  * tasks that might be making the page evictable, through eg. munlock,
 688  * munmap or exit, while it's not on the lru, we want to add the page
 689  * while it's locked or otherwise "invisible" to other tasks.  This is
 690  * difficult to do when using the pagevec cache, so bypass that.
 691  */
 692 void add_page_to_unevictable_list(struct page *page)
 693 {
 694         struct zone *zone = page_zone(page);
 695         struct lruvec *lruvec;
 696
 697         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 698         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 699         ClearPageActive(page);
 700         SetPageUnevictable(page);
 701         SetPageLRU(page);
 702         add_page_to_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
 703         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 704 }
 705
 706 /**
 707  * lru_cache_add_active_or_unevictable
 708  * @page:  the page to be added to LRU
 709  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
 710  *
 711  * Place @page on the active or unevictable LRU list, depending on its
 712  * evictability.  Note that if the page is not evictable, it goes
 713  * directly back onto it's zone's unevictable list, it does NOT use a
 714  * per cpu pagevec.
 715  */
 716 void lru_cache_add_active_or_unevictable(struct page *page,
 717                                          struct vm_area_struct *vma)
 718 {
 719         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
 720
 721         if (likely((vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL)) != VM_LOCKED)) {
 722                 SetPageActive(page);
 723                 lru_cache_add(page);
 724                 return;
 725         }
 726
 727         if (!TestSetPageMlocked(page)) {
 728                 /*
 729                  * We use the irq-unsafe __mod_zone_page_stat because this
 730                  * counter is not modified from interrupt context, and the pte
 731                  * lock is held(spinlock), which implies preemption disabled.
 732                  */
 733                 __mod_zone_page_state(page_zone(page), NR_MLOCK,
 734                                     hpage_nr_pages(page));
 735                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMLOCKED);
 736         }
 737         add_page_to_unevictable_list(page);
 738 }
 739
 740 /*
 741  * If the page can not be invalidated, it is moved to the
 742  * inactive list to speed up its reclaim.  It is moved to the
 743  * head of the list, rather than the tail, to give the flusher
 744  * threads some time to write it out, as this is much more
 745  * effective than the single-page writeout from reclaim.
 746  *
 747  * If the page isn't page_mapped and dirty/writeback, the page
 748  * could reclaim asap using PG_reclaim.
 749  *
 750  * 1. active, mapped page -> none
 751  * 2. active, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 752  * 3. inactive, mapped page -> none
 753  * 4. inactive, dirty/writeback page -> inactive, head, PG_reclaim
 754  * 5. inactive, clean -> inactive, tail
 755  * 6. Others -> none
 756  *
 757  * In 4, why it moves inactive's head, the VM expects the page would
 758  * be write it out by flusher threads as this is much more effective
 759  * than the single-page writeout from reclaim.
 760  */
 761 static void lru_deactivate_file_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
 762                               void *arg)
 763 {
 764         int lru, file;
 765         bool active;
 766
 767         if (!PageLRU(page))
 768                 return;
 769
 770         if (PageUnevictable(page))
 771                 return;
 772
 773         /* Some processes are using the page */
 774         if (page_mapped(page))
 775                 return;
 776
 777         active = PageActive(page);
 778         file = page_is_file_cache(page);
 779         lru = page_lru_base_type(page);
 780
 781         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru + active);
 782         ClearPageActive(page);
 783         ClearPageReferenced(page);
 784         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
 785
 786         if (PageWriteback(page) || PageDirty(page)) {
 787                 /*
 788                  * PG_reclaim could be raced with end_page_writeback
 789                  * It can make readahead confusing.  But race window
 790                  * is _really_ small and  it's non-critical problem.
 791                  */
 792                 SetPageReclaim(page);
 793         } else {
 794                 /*
 795                  * The page's writeback ends up during pagevec
 796                  * We moves tha page into tail of inactive.
 797                  */
 798                 list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
 799                 __count_vm_event(PGROTATED);
 800         }
 801
 802         if (active)
 803                 __count_vm_event(PGDEACTIVATE);
 804         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 0);
 805 }
 806
 807 /*
 808  * Drain pages out of the cpu's pagevecs.
 809  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
 810  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
 811  */
 812 void lru_add_drain_cpu(int cpu)
 813 {
 814         struct pagevec *pvec = &per_cpu(lru_add_pvec, cpu);
 815
 816         if (pagevec_count(pvec))
 817                 __pagevec_lru_add(pvec);
 818
 819         pvec = &per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu);
 820         if (pagevec_count(pvec)) {
 821                 unsigned long flags;
 822
 823                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
 824                 local_lock_irqsave(rotate_lock, flags);
 825                 pagevec_move_tail(pvec);
 826                 local_unlock_irqrestore(rotate_lock, flags);
 827         }
 828
 829         pvec = &per_cpu(lru_deactivate_file_pvecs, cpu);
 830         if (pagevec_count(pvec))
 831                 pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn, NULL);
 832
 833         activate_page_drain(cpu);
 834 }
 835
 836 /**
 837  * deactivate_file_page - forcefully deactivate a file page
 838  * @page: page to deactivate
 839  *
 840  * This function hints the VM that @page is a good reclaim candidate,
 841  * for example if its invalidation fails due to the page being dirty
 842  * or under writeback.
 843  */
 844 void deactivate_file_page(struct page *page)
 845 {
 846         /*
 847          * In a workload with many unevictable page such as mprotect,
 848          * unevictable page deactivation for accelerating reclaim is pointless.
 849          */
 850         if (PageUnevictable(page))
 851                 return;
 852
 853         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
 854                 struct pagevec *pvec = &get_locked_var(swapvec_lock,
 855                                                        lru_deactivate_file_pvecs);
 856
 857                 if (!pagevec_add(pvec, page))
 858                         pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn, NULL);
 859                 put_locked_var(swapvec_lock, lru_deactivate_file_pvecs);
 860         }
 861 }
 862
 863 void lru_add_drain(void)
 864 {
 865         lru_add_drain_cpu(local_lock_cpu(swapvec_lock));
 866         local_unlock_cpu(swapvec_lock);
 867 }
 868
 869 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
 870 {
 871         lru_add_drain();
 872 }
 873
 874 static DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, lru_add_drain_work);
 875
 876 void lru_add_drain_all(void)
 877 {
 878         static DEFINE_MUTEX(lock);
 879         static struct cpumask has_work;
 880         int cpu;
 881
 882         mutex_lock(&lock);
 883         get_online_cpus();
 884         cpumask_clear(&has_work);
 885
 886         for_each_online_cpu(cpu) {
 887                 struct work_struct *work = &per_cpu(lru_add_drain_work, cpu);
 888
 889                 if (pagevec_count(&per_cpu(lru_add_pvec, cpu)) ||
 890                     pagevec_count(&per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu)) ||
 891                     pagevec_count(&per_cpu(lru_deactivate_file_pvecs, cpu)) ||
 892                     need_activate_page_drain(cpu)) {
 893                         INIT_WORK(work, lru_add_drain_per_cpu);
 894                         schedule_work_on(cpu, work);
 895                         cpumask_set_cpu(cpu, &has_work);
 896                 }
 897         }
 898
 899         for_each_cpu(cpu, &has_work)
 900                 flush_work(&per_cpu(lru_add_drain_work, cpu));
 901
 902         put_online_cpus();
 903         mutex_unlock(&lock);
 904 }
 905
 906 /**
 907  * release_pages - batched page_cache_release()
 908  * @pages: array of pages to release
 909  * @nr: number of pages
 910  * @cold: whether the pages are cache cold
 911  *
 912  * Decrement the reference count on all the pages in @pages.  If it
 913  * fell to zero, remove the page from the LRU and free it.
 914  */
 915 void release_pages(struct page **pages, int nr, bool cold)
 916 {
 917         int i;
 918         LIST_HEAD(pages_to_free);
 919         struct zone *zone = NULL;
 920         struct lruvec *lruvec;
 921         unsigned long uninitialized_var(flags);
 922         unsigned int uninitialized_var(lock_batch);
 923
 924         for (i = 0; i < nr; i++) {
 925                 struct page *page = pages[i];
 926
 927                 if (unlikely(PageCompound(page))) {
 928                         if (zone) {
 929                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 930                                 zone = NULL;
 931                         }
 932                         put_compound_page(page);
 933                         continue;
 934                 }
 935
 936                 /*
 937                  * Make sure the IRQ-safe lock-holding time does not get
 938                  * excessive with a continuous string of pages from the
 939                  * same zone. The lock is held only if zone != NULL.
 940                  */
 941                 if (zone && ++lock_batch == SWAP_CLUSTER_MAX) {
 942                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 943                         zone = NULL;
 944                 }
 945
 946                 if (!put_page_testzero(page))
 947                         continue;
 948
 949                 if (PageLRU(page)) {
 950                         struct zone *pagezone = page_zone(page);
 951
 952                         if (pagezone != zone) {
 953                                 if (zone)
 954                                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock,
 955                                                                         flags);
 956                                 lock_batch = 0;
 957                                 zone = pagezone;
 958                                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 959                         }
 960
 961                         lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 962                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
 963                         __ClearPageLRU(page);
 964                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_off_lru(page));
 965                 }
 966
 967                 /* Clear Active bit in case of parallel mark_page_accessed */
 968                 __ClearPageActive(page);
 969
 970                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
 971         }
 972         if (zone)
 973                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 974
 975         mem_cgroup_uncharge_list(&pages_to_free);
 976         free_hot_cold_page_list(&pages_to_free, cold);
 977 }
 978 EXPORT_SYMBOL(release_pages);
 979
 980 /*
 981  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
 982  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
 983  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
 984  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
 985  *
 986  * So __pagevec_release() will drain those queues here.  __pagevec_lru_add()
 987  * and __pagevec_lru_add_active() call release_pages() directly to avoid
 988  * mutual recursion.
 989  */
 990 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
 991 {
 992         lru_add_drain();
 993         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec), pvec->cold);
 994         pagevec_reinit(pvec);
 995 }
 996 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
 997
 998 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 999 /* used by __split_huge_page_refcount() */
1000 void lru_add_page_tail(struct page *page, struct page *page_tail,
1001                        struct lruvec *lruvec, struct list_head *list)
1002 {
1003         const int file = 0;
1004
1005         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHead(page), page);
1006         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page_tail), page);
1007         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page_tail), page);
1008         VM_BUG_ON(NR_CPUS != 1 &&
1009                   !spin_is_locked(&lruvec_zone(lruvec)->lru_lock));
1010
1011         if (!list)
1012                 SetPageLRU(page_tail);
1013
1014         if (likely(PageLRU(page)))
1015                 list_add_tail(&page_tail->lru, &page->lru);
1016         else if (list) {
1017                 /* page reclaim is reclaiming a huge page */
1018                 get_page(page_tail);
1019                 list_add_tail(&page_tail->lru, list);
1020         } else {
1021                 struct list_head *list_head;
1022                 /*
1023                  * Head page has not yet been counted, as an hpage,
1024                  * so we must account for each subpage individually.
1025                  *
1026                  * Use the standard add function to put page_tail on the list,
1027                  * but then correct its position so they all end up in order.
1028                  */
1029                 add_page_to_lru_list(page_tail, lruvec, page_lru(page_tail));
1030                 list_head = page_tail->lru.prev;
1031                 list_move_tail(&page_tail->lru, list_head);
1032         }
1033
1034         if (!PageUnevictable(page))
1035                 update_page_reclaim_stat(lruvec, file, PageActive(page_tail));
1036 }
1037 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1038
1039 static void __pagevec_lru_add_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,
1040                                  void *arg)
1041 {
1042         int file = page_is_file_cache(page);
1043         int active = PageActive(page);
1044         enum lru_list lru = page_lru(page);
1045
1046         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1047
1048         SetPageLRU(page);
1049         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1050         update_page_reclaim_stat(lruvec, file, active);
1051         trace_mm_lru_insertion(page, lru);
1052 }
1053
1054 /*
1055  * Add the passed pages to the LRU, then drop the caller's refcount
1056  * on them.  Reinitialises the caller's pagevec.
1057  */
1058 void __pagevec_lru_add(struct pagevec *pvec)
1059 {
1060         pagevec_lru_move_fn(pvec, __pagevec_lru_add_fn, NULL);
1061 }
1062 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_lru_add);
1063
1064 /**
1065  * pagevec_lookup_entries - gang pagecache lookup
1066  * @pvec:       Where the resulting entries are placed
1067  * @mapping:    The address_space to search
1068  * @start:      The starting entry index
1069  * @nr_entries: The maximum number of entries
1070  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @pvec
1071  *
1072  * pagevec_lookup_entries() will search for and return a group of up
1073  * to @nr_entries pages and shadow entries in the mapping.  All
1074  * entries are placed in @pvec.  pagevec_lookup_entries() takes a
1075  * reference against actual pages in @pvec.
1076  *
1077  * The search returns a group of mapping-contiguous entries with
1078  * ascending indexes.  There may be holes in the indices due to
1079  * not-present entries.
1080  *
1081  * pagevec_lookup_entries() returns the number of entries which were
1082  * found.
1083  */
1084 unsigned pagevec_lookup_entries(struct pagevec *pvec,
1085                                 struct address_space *mapping,
1086                                 pgoff_t start, unsigned nr_pages,
1087                                 pgoff_t *indices)
1088 {
1089         pvec->nr = find_get_entries(mapping, start, nr_pages,
1090                                     pvec->pages, indices);
1091         return pagevec_count(pvec);
1092 }
1093
1094 /**
1095  * pagevec_remove_exceptionals - pagevec exceptionals pruning
1096  * @pvec:       The pagevec to prune
1097  *
1098  * pagevec_lookup_entries() fills both pages and exceptional radix
1099  * tree entries into the pagevec.  This function prunes all
1100  * exceptionals from @pvec without leaving holes, so that it can be
1101  * passed on to page-only pagevec operations.
1102  */
1103 void pagevec_remove_exceptionals(struct pagevec *pvec)
1104 {
1105         int i, j;
1106
1107         for (i = 0, j = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
1108                 struct page *page = pvec->pages[i];
1109                 if (!radix_tree_exceptional_entry(page))
1110                         pvec->pages[j++] = page;
1111         }
1112         pvec->nr = j;
1113 }
1114
1115 /**
1116  * pagevec_lookup - gang pagecache lookup
1117  * @pvec:       Where the resulting pages are placed
1118  * @mapping:    The address_space to search
1119  * @start:      The starting page index
1120  * @nr_pages:   The maximum number of pages
1121  *
1122  * pagevec_lookup() will search for and return a group of up to @nr_pages pages
1123  * in the mapping.  The pages are placed in @pvec.  pagevec_lookup() takes a
1124  * reference against the pages in @pvec.
1125  *
1126  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
1127  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages.
1128  *
1129  * pagevec_lookup() returns the number of pages which were found.
1130  */
1131 unsigned pagevec_lookup(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1132                 pgoff_t start, unsigned nr_pages)
1133 {
1134         pvec->nr = find_get_pages(mapping, start, nr_pages, pvec->pages);
1135         return pagevec_count(pvec);
1136 }
1137 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup);
1138
1139 unsigned pagevec_lookup_tag(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
1140                 pgoff_t *index, int tag, unsigned nr_pages)
1141 {
1142         pvec->nr = find_get_pages_tag(mapping, index, tag,
1143                                         nr_pages, pvec->pages);
1144         return pagevec_count(pvec);
1145 }
1146 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_tag);
1147
1148 /*
1149  * Perform any setup for the swap system
1150  */
1151 void __init swap_setup(void)
1152 {
1153         unsigned long megs = totalram_pages >> (20 - PAGE_SHIFT);
1154 #ifdef CONFIG_SWAP
1155         int i;
1156
1157         for (i = 0; i < MAX_SWAPFILES; i++)
1158                 spin_lock_init(&swapper_spaces[i].tree_lock);
1159 #endif
1160
1161         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
1162         if (megs < 16)
1163                 page_cluster = 2;
1164         else
1165                 page_cluster = 3;
1166         /*
1167          * Right now other parts of the system means that we
1168          * _really_ don't want to cluster much more
1169          */
1170 }