Kernel bump from 4.1.3-rt to 4.1.7-rt.
[kvmfornfv.git] / kernel / mm / vmscan.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmscan.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  *
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
7  *  kswapd added: 7.1.96  sct
8  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
9  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
10  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
11  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
12  */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/prefetch.h>
48 #include <linux/printk.h>
49
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include <asm/div64.h>
52
53 #include <linux/swapops.h>
54 #include <linux/balloon_compaction.h>
55
56 #include "internal.h"
57
58 #define CREATE_TRACE_POINTS
59 #include <trace/events/vmscan.h>
60
61 struct scan_control {
62         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
63         unsigned long nr_to_reclaim;
64
65         /* This context's GFP mask */
66         gfp_t gfp_mask;
67
68         /* Allocation order */
69         int order;
70
71         /*
72          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
73          * are scanned.
74          */
75         nodemask_t      *nodemask;
76
77         /*
78          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
79          * primary target of this reclaim invocation.
80          */
81         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
82
83         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
84         int priority;
85
86         unsigned int may_writepage:1;
87
88         /* Can mapped pages be reclaimed? */
89         unsigned int may_unmap:1;
90
91         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
92         unsigned int may_swap:1;
93
94         /* Can cgroups be reclaimed below their normal consumption range? */
95         unsigned int may_thrash:1;
96
97         unsigned int hibernation_mode:1;
98
99         /* One of the zones is ready for compaction */
100         unsigned int compaction_ready:1;
101
102         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
103         unsigned long nr_scanned;
104
105         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
106         unsigned long nr_reclaimed;
107 };
108
109 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
110
111 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCH
112 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field)                    \
113         do {                                                            \
114                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
115                         struct page *prev;                              \
116                                                                         \
117                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
118                         prefetch(&prev->_field);                        \
119                 }                                                       \
120         } while (0)
121 #else
122 #define prefetch_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
123 #endif
124
125 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
126 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
127         do {                                                            \
128                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
129                         struct page *prev;                              \
130                                                                         \
131                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
132                         prefetchw(&prev->_field);                       \
133                 }                                                       \
134         } while (0)
135 #else
136 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
137 #endif
138
139 /*
140  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
141  */
142 int vm_swappiness = 60;
143 /*
144  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
145  * zones.
146  */
147 unsigned long vm_total_pages;
148
149 static LIST_HEAD(shrinker_list);
150 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
151
152 #ifdef CONFIG_MEMCG
153 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
154 {
155         return !sc->target_mem_cgroup;
156 }
157 #else
158 static bool global_reclaim(struct scan_control *sc)
159 {
160         return true;
161 }
162 #endif
163
164 static unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
165 {
166         int nr;
167
168         nr = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
169              zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
170
171         if (get_nr_swap_pages() > 0)
172                 nr += zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON) +
173                       zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
174
175         return nr;
176 }
177
178 bool zone_reclaimable(struct zone *zone)
179 {
180         return zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED) <
181                 zone_reclaimable_pages(zone) * 6;
182 }
183
184 static unsigned long get_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
185 {
186         if (!mem_cgroup_disabled())
187                 return mem_cgroup_get_lru_size(lruvec, lru);
188
189         return zone_page_state(lruvec_zone(lruvec), NR_LRU_BASE + lru);
190 }
191
192 /*
193  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
194  */
195 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
196 {
197         size_t size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
198
199         /*
200          * If we only have one possible node in the system anyway, save
201          * ourselves the trouble and disable NUMA aware behavior. This way we
202          * will save memory and some small loop time later.
203          */
204         if (nr_node_ids == 1)
205                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_NUMA_AWARE;
206
207         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
208                 size *= nr_node_ids;
209
210         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
211         if (!shrinker->nr_deferred)
212                 return -ENOMEM;
213
214         down_write(&shrinker_rwsem);
215         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
216         up_write(&shrinker_rwsem);
217         return 0;
218 }
219 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
220
221 /*
222  * Remove one
223  */
224 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
225 {
226         down_write(&shrinker_rwsem);
227         list_del(&shrinker->list);
228         up_write(&shrinker_rwsem);
229         kfree(shrinker->nr_deferred);
230 }
231 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
232
233 #define SHRINK_BATCH 128
234
235 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
236                                     struct shrinker *shrinker,
237                                     unsigned long nr_scanned,
238                                     unsigned long nr_eligible)
239 {
240         unsigned long freed = 0;
241         unsigned long long delta;
242         long total_scan;
243         long freeable;
244         long nr;
245         long new_nr;
246         int nid = shrinkctl->nid;
247         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
248                                           : SHRINK_BATCH;
249
250         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
251         if (freeable == 0)
252                 return 0;
253
254         /*
255          * copy the current shrinker scan count into a local variable
256          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
257          * don't also do this scanning work.
258          */
259         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
260
261         total_scan = nr;
262         delta = (4 * nr_scanned) / shrinker->seeks;
263         delta *= freeable;
264         do_div(delta, nr_eligible + 1);
265         total_scan += delta;
266         if (total_scan < 0) {
267                 pr_err("shrink_slab: %pF negative objects to delete nr=%ld\n",
268                        shrinker->scan_objects, total_scan);
269                 total_scan = freeable;
270         }
271
272         /*
273          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
274          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
275          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
276          * nr being built up so when a shrink that can do some work
277          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
278          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
279          * memory.
280          *
281          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
282          * a large delta change is calculated directly.
283          */
284         if (delta < freeable / 4)
285                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
286
287         /*
288          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
289          * never try to free more than twice the estimate number of
290          * freeable entries.
291          */
292         if (total_scan > freeable * 2)
293                 total_scan = freeable * 2;
294
295         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
296                                    nr_scanned, nr_eligible,
297                                    freeable, delta, total_scan);
298
299         /*
300          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
301          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
302          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
303          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
304          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
305          * objects spread over several slabs with usage less than the
306          * batch_size.
307          *
308          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
309          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
310          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
311          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
312          * possible.
313          */
314         while (total_scan >= batch_size ||
315                total_scan >= freeable) {
316                 unsigned long ret;
317                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
318
319                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
320                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
321                 if (ret == SHRINK_STOP)
322                         break;
323                 freed += ret;
324
325                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, nr_to_scan);
326                 total_scan -= nr_to_scan;
327
328                 cond_resched();
329         }
330
331         /*
332          * move the unused scan count back into the shrinker in a
333          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
334          * scan, there is no need to do an update.
335          */
336         if (total_scan > 0)
337                 new_nr = atomic_long_add_return(total_scan,
338                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
339         else
340                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
341
342         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
343         return freed;
344 }
345
346 /**
347  * shrink_slab - shrink slab caches
348  * @gfp_mask: allocation context
349  * @nid: node whose slab caches to target
350  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
351  * @nr_scanned: pressure numerator
352  * @nr_eligible: pressure denominator
353  *
354  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
355  *
356  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
357  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
358  *
359  * @memcg specifies the memory cgroup to target. If it is not NULL,
360  * only shrinkers with SHRINKER_MEMCG_AWARE set will be called to scan
361  * objects from the memory cgroup specified. Otherwise all shrinkers
362  * are called, and memcg aware shrinkers are supposed to scan the
363  * global list then.
364  *
365  * @nr_scanned and @nr_eligible form a ratio that indicate how much of
366  * the available objects should be scanned.  Page reclaim for example
367  * passes the number of pages scanned and the number of pages on the
368  * LRU lists that it considered on @nid, plus a bias in @nr_scanned
369  * when it encountered mapped pages.  The ratio is further biased by
370  * the ->seeks setting of the shrink function, which indicates the
371  * cost to recreate an object relative to that of an LRU page.
372  *
373  * Returns the number of reclaimed slab objects.
374  */
375 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
376                                  struct mem_cgroup *memcg,
377                                  unsigned long nr_scanned,
378                                  unsigned long nr_eligible)
379 {
380         struct shrinker *shrinker;
381         unsigned long freed = 0;
382
383         if (memcg && !memcg_kmem_is_active(memcg))
384                 return 0;
385
386         if (nr_scanned == 0)
387                 nr_scanned = SWAP_CLUSTER_MAX;
388
389         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem)) {
390                 /*
391                  * If we would return 0, our callers would understand that we
392                  * have nothing else to shrink and give up trying. By returning
393                  * 1 we keep it going and assume we'll be able to shrink next
394                  * time.
395                  */
396                 freed = 1;
397                 goto out;
398         }
399
400         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
401                 struct shrink_control sc = {
402                         .gfp_mask = gfp_mask,
403                         .nid = nid,
404                         .memcg = memcg,
405                 };
406
407                 if (memcg && !(shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
408                         continue;
409
410                 if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
411                         sc.nid = 0;
412
413                 freed += do_shrink_slab(&sc, shrinker, nr_scanned, nr_eligible);
414         }
415
416         up_read(&shrinker_rwsem);
417 out:
418         cond_resched();
419         return freed;
420 }
421
422 void drop_slab_node(int nid)
423 {
424         unsigned long freed;
425
426         do {
427                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
428
429                 freed = 0;
430                 do {
431                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg,
432                                              1000, 1000);
433                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
434         } while (freed > 10);
435 }
436
437 void drop_slab(void)
438 {
439         int nid;
440
441         for_each_online_node(nid)
442                 drop_slab_node(nid);
443 }
444
445 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
446 {
447         /*
448          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
449          * that isolated the page, the page cache radix tree and
450          * optional buffer heads at page->private.
451          */
452         return page_count(page) - page_has_private(page) == 2;
453 }
454
455 static int may_write_to_queue(struct backing_dev_info *bdi,
456                               struct scan_control *sc)
457 {
458         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
459                 return 1;
460         if (!bdi_write_congested(bdi))
461                 return 1;
462         if (bdi == current->backing_dev_info)
463                 return 1;
464         return 0;
465 }
466
467 /*
468  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
469  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
470  * fsync(), msync() or close().
471  *
472  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
473  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
474  * that page is locked, the mapping is pinned.
475  *
476  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
477  * __GFP_FS.
478  */
479 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
480                                 struct page *page, int error)
481 {
482         lock_page(page);
483         if (page_mapping(page) == mapping)
484                 mapping_set_error(mapping, error);
485         unlock_page(page);
486 }
487
488 /* possible outcome of pageout() */
489 typedef enum {
490         /* failed to write page out, page is locked */
491         PAGE_KEEP,
492         /* move page to the active list, page is locked */
493         PAGE_ACTIVATE,
494         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
495         PAGE_SUCCESS,
496         /* page is clean and locked */
497         PAGE_CLEAN,
498 } pageout_t;
499
500 /*
501  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
502  * Calls ->writepage().
503  */
504 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping,
505                          struct scan_control *sc)
506 {
507         /*
508          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
509          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
510          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
511          * stalls if we need to run get_block().  We could test
512          * PagePrivate for that.
513          *
514          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
515          * this page's queue, we can perform writeback even if that
516          * will block.
517          *
518          * If the page is swapcache, write it back even if that would
519          * block, for some throttling. This happens by accident, because
520          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
521          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
522          */
523         if (!is_page_cache_freeable(page))
524                 return PAGE_KEEP;
525         if (!mapping) {
526                 /*
527                  * Some data journaling orphaned pages can have
528                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
529                  */
530                 if (page_has_private(page)) {
531                         if (try_to_free_buffers(page)) {
532                                 ClearPageDirty(page);
533                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
534                                 return PAGE_CLEAN;
535                         }
536                 }
537                 return PAGE_KEEP;
538         }
539         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
540                 return PAGE_ACTIVATE;
541         if (!may_write_to_queue(inode_to_bdi(mapping->host), sc))
542                 return PAGE_KEEP;
543
544         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
545                 int res;
546                 struct writeback_control wbc = {
547                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
548                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
549                         .range_start = 0,
550                         .range_end = LLONG_MAX,
551                         .for_reclaim = 1,
552                 };
553
554                 SetPageReclaim(page);
555                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
556                 if (res < 0)
557                         handle_write_error(mapping, page, res);
558                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
559                         ClearPageReclaim(page);
560                         return PAGE_ACTIVATE;
561                 }
562
563                 if (!PageWriteback(page)) {
564                         /* synchronous write or broken a_ops? */
565                         ClearPageReclaim(page);
566                 }
567                 trace_mm_vmscan_writepage(page, trace_reclaim_flags(page));
568                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
569                 return PAGE_SUCCESS;
570         }
571
572         return PAGE_CLEAN;
573 }
574
575 /*
576  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
577  * gets returned with a refcount of 0.
578  */
579 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
580                             bool reclaimed)
581 {
582         BUG_ON(!PageLocked(page));
583         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
584
585         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
586         /*
587          * The non racy check for a busy page.
588          *
589          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
590          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
591          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
592          * here, then the following race may occur:
593          *
594          * get_user_pages(&page);
595          * [user mapping goes away]
596          * write_to(page);
597          *                              !PageDirty(page)    [good]
598          * SetPageDirty(page);
599          * put_page(page);
600          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
601          *
602          * [oops, our write_to data is lost]
603          *
604          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
605          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
606          * load is not satisfied before that of page->_count.
607          *
608          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
609          * and thus under tree_lock, then this ordering is not required.
610          */
611         if (!page_freeze_refs(page, 2))
612                 goto cannot_free;
613         /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */
614         if (unlikely(PageDirty(page))) {
615                 page_unfreeze_refs(page, 2);
616                 goto cannot_free;
617         }
618
619         if (PageSwapCache(page)) {
620                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
621                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
622                 __delete_from_swap_cache(page);
623                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
624                 swapcache_free(swap);
625         } else {
626                 void (*freepage)(struct page *);
627                 void *shadow = NULL;
628
629                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
630                 /*
631                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
632                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
633                  *
634                  * But don't store shadows in an address space that is
635                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
636                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
637                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
638                  * back.
639                  */
640                 if (reclaimed && page_is_file_cache(page) &&
641                     !mapping_exiting(mapping))
642                         shadow = workingset_eviction(mapping, page);
643                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
644                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
645
646                 if (freepage != NULL)
647                         freepage(page);
648         }
649
650         return 1;
651
652 cannot_free:
653         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
654         return 0;
655 }
656
657 /*
658  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
659  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
660  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
661  * this page.
662  */
663 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
664 {
665         if (__remove_mapping(mapping, page, false)) {
666                 /*
667                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
668                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
669                  * atomic operation.
670                  */
671                 page_unfreeze_refs(page, 1);
672                 return 1;
673         }
674         return 0;
675 }
676
677 /**
678  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
679  * @page: page to be put back to appropriate lru list
680  *
681  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
682  * Page may still be unevictable for other reasons.
683  *
684  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
685  */
686 void putback_lru_page(struct page *page)
687 {
688         bool is_unevictable;
689         int was_unevictable = PageUnevictable(page);
690
691         VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
692
693 redo:
694         ClearPageUnevictable(page);
695
696         if (page_evictable(page)) {
697                 /*
698                  * For evictable pages, we can use the cache.
699                  * In event of a race, worst case is we end up with an
700                  * unevictable page on [in]active list.
701                  * We know how to handle that.
702                  */
703                 is_unevictable = false;
704                 lru_cache_add(page);
705         } else {
706                 /*
707                  * Put unevictable pages directly on zone's unevictable
708                  * list.
709                  */
710                 is_unevictable = true;
711                 add_page_to_unevictable_list(page);
712                 /*
713                  * When racing with an mlock or AS_UNEVICTABLE clearing
714                  * (page is unlocked) make sure that if the other thread
715                  * does not observe our setting of PG_lru and fails
716                  * isolation/check_move_unevictable_pages,
717                  * we see PG_mlocked/AS_UNEVICTABLE cleared below and move
718                  * the page back to the evictable list.
719                  *
720                  * The other side is TestClearPageMlocked() or shmem_lock().
721                  */
722                 smp_mb();
723         }
724
725         /*
726          * page's status can change while we move it among lru. If an evictable
727          * page is on unevictable list, it never be freed. To avoid that,
728          * check after we added it to the list, again.
729          */
730         if (is_unevictable && page_evictable(page)) {
731                 if (!isolate_lru_page(page)) {
732                         put_page(page);
733                         goto redo;
734                 }
735                 /* This means someone else dropped this page from LRU
736                  * So, it will be freed or putback to LRU again. There is
737                  * nothing to do here.
738                  */
739         }
740
741         if (was_unevictable && !is_unevictable)
742                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGRESCUED);
743         else if (!was_unevictable && is_unevictable)
744                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCULLED);
745
746         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
747 }
748
749 enum page_references {
750         PAGEREF_RECLAIM,
751         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
752         PAGEREF_KEEP,
753         PAGEREF_ACTIVATE,
754 };
755
756 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
757                                                   struct scan_control *sc)
758 {
759         int referenced_ptes, referenced_page;
760         unsigned long vm_flags;
761
762         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
763                                           &vm_flags);
764         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
765
766         /*
767          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
768          * move the page to the unevictable list.
769          */
770         if (vm_flags & VM_LOCKED)
771                 return PAGEREF_RECLAIM;
772
773         if (referenced_ptes) {
774                 if (PageSwapBacked(page))
775                         return PAGEREF_ACTIVATE;
776                 /*
777                  * All mapped pages start out with page table
778                  * references from the instantiating fault, so we need
779                  * to look twice if a mapped file page is used more
780                  * than once.
781                  *
782                  * Mark it and spare it for another trip around the
783                  * inactive list.  Another page table reference will
784                  * lead to its activation.
785                  *
786                  * Note: the mark is set for activated pages as well
787                  * so that recently deactivated but used pages are
788                  * quickly recovered.
789                  */
790                 SetPageReferenced(page);
791
792                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
793                         return PAGEREF_ACTIVATE;
794
795                 /*
796                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
797                  */
798                 if (vm_flags & VM_EXEC)
799                         return PAGEREF_ACTIVATE;
800
801                 return PAGEREF_KEEP;
802         }
803
804         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
805         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
806                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
807
808         return PAGEREF_RECLAIM;
809 }
810
811 /* Check if a page is dirty or under writeback */
812 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
813                                        bool *dirty, bool *writeback)
814 {
815         struct address_space *mapping;
816
817         /*
818          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
819          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
820          */
821         if (!page_is_file_cache(page)) {
822                 *dirty = false;
823                 *writeback = false;
824                 return;
825         }
826
827         /* By default assume that the page flags are accurate */
828         *dirty = PageDirty(page);
829         *writeback = PageWriteback(page);
830
831         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
832         if (!page_has_private(page))
833                 return;
834
835         mapping = page_mapping(page);
836         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
837                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
838 }
839
840 /*
841  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
842  */
843 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
844                                       struct zone *zone,
845                                       struct scan_control *sc,
846                                       enum ttu_flags ttu_flags,
847                                       unsigned long *ret_nr_dirty,
848                                       unsigned long *ret_nr_unqueued_dirty,
849                                       unsigned long *ret_nr_congested,
850                                       unsigned long *ret_nr_writeback,
851                                       unsigned long *ret_nr_immediate,
852                                       bool force_reclaim)
853 {
854         LIST_HEAD(ret_pages);
855         LIST_HEAD(free_pages);
856         int pgactivate = 0;
857         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
858         unsigned long nr_dirty = 0;
859         unsigned long nr_congested = 0;
860         unsigned long nr_reclaimed = 0;
861         unsigned long nr_writeback = 0;
862         unsigned long nr_immediate = 0;
863
864         cond_resched();
865
866         while (!list_empty(page_list)) {
867                 struct address_space *mapping;
868                 struct page *page;
869                 int may_enter_fs;
870                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
871                 bool dirty, writeback;
872
873                 cond_resched();
874
875                 page = lru_to_page(page_list);
876                 list_del(&page->lru);
877
878                 if (!trylock_page(page))
879                         goto keep;
880
881                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
882                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
883
884                 sc->nr_scanned++;
885
886                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
887                         goto cull_mlocked;
888
889                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
890                         goto keep_locked;
891
892                 /* Double the slab pressure for mapped and swapcache pages */
893                 if (page_mapped(page) || PageSwapCache(page))
894                         sc->nr_scanned++;
895
896                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
897                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
898
899                 /*
900                  * The number of dirty pages determines if a zone is marked
901                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
902                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
903                  * is all dirty unqueued pages.
904                  */
905                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
906                 if (dirty || writeback)
907                         nr_dirty++;
908
909                 if (dirty && !writeback)
910                         nr_unqueued_dirty++;
911
912                 /*
913                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
914                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
915                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
916                  * end of the LRU a second time.
917                  */
918                 mapping = page_mapping(page);
919                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
920                      bdi_write_congested(inode_to_bdi(mapping->host))) ||
921                     (writeback && PageReclaim(page)))
922                         nr_congested++;
923
924                 /*
925                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
926                  * are three cases to consider.
927                  *
928                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
929                  *    under writeback and this page is both under writeback and
930                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
931                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
932                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
933                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
934                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
935                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
936                  *    caller can stall after page list has been processed.
937                  *
938                  * 2) Global reclaim encounters a page, memcg encounters a
939                  *    page that is not marked for immediate reclaim or
940                  *    the caller does not have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's
941                  *    simply going to swap, not to fs). In this case mark
942                  *    the page for immediate reclaim and continue scanning.
943                  *
944                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
945                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
946                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
947                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
948                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
949                  *    would probably show more reasons.
950                  *
951                  * 3) memcg encounters a page that is not already marked
952                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
953                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
954                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
955                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
956                  */
957                 if (PageWriteback(page)) {
958                         /* Case 1 above */
959                         if (current_is_kswapd() &&
960                             PageReclaim(page) &&
961                             test_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags)) {
962                                 nr_immediate++;
963                                 goto keep_locked;
964
965                         /* Case 2 above */
966                         } else if (global_reclaim(sc) ||
967                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
968                                 /*
969                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
970                                  * might have just cleared PageReclaim, then
971                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
972                                  * as PageReadahead - but that does not matter
973                                  * enough to care.  What we do want is for this
974                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
975                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
976                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
977                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
978                                  */
979                                 SetPageReclaim(page);
980                                 nr_writeback++;
981
982                                 goto keep_locked;
983
984                         /* Case 3 above */
985                         } else {
986                                 wait_on_page_writeback(page);
987                         }
988                 }
989
990                 if (!force_reclaim)
991                         references = page_check_references(page, sc);
992
993                 switch (references) {
994                 case PAGEREF_ACTIVATE:
995                         goto activate_locked;
996                 case PAGEREF_KEEP:
997                         goto keep_locked;
998                 case PAGEREF_RECLAIM:
999                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1000                         ; /* try to reclaim the page below */
1001                 }
1002
1003                 /*
1004                  * Anonymous process memory has backing store?
1005                  * Try to allocate it some swap space here.
1006                  */
1007                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
1008                         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1009                                 goto keep_locked;
1010                         if (!add_to_swap(page, page_list))
1011                                 goto activate_locked;
1012                         may_enter_fs = 1;
1013
1014                         /* Adding to swap updated mapping */
1015                         mapping = page_mapping(page);
1016                 }
1017
1018                 /*
1019                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1020                  * processes. Try to unmap it here.
1021                  */
1022                 if (page_mapped(page) && mapping) {
1023                         switch (try_to_unmap(page, ttu_flags)) {
1024                         case SWAP_FAIL:
1025                                 goto activate_locked;
1026                         case SWAP_AGAIN:
1027                                 goto keep_locked;
1028                         case SWAP_MLOCK:
1029                                 goto cull_mlocked;
1030                         case SWAP_SUCCESS:
1031                                 ; /* try to free the page below */
1032                         }
1033                 }
1034
1035                 if (PageDirty(page)) {
1036                         /*
1037                          * Only kswapd can writeback filesystem pages to
1038                          * avoid risk of stack overflow but only writeback
1039                          * if many dirty pages have been encountered.
1040                          */
1041                         if (page_is_file_cache(page) &&
1042                                         (!current_is_kswapd() ||
1043                                          !test_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags))) {
1044                                 /*
1045                                  * Immediately reclaim when written back.
1046                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1047                                  * except we already have the page isolated
1048                                  * and know it's dirty
1049                                  */
1050                                 inc_zone_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1051                                 SetPageReclaim(page);
1052
1053                                 goto keep_locked;
1054                         }
1055
1056                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1057                                 goto keep_locked;
1058                         if (!may_enter_fs)
1059                                 goto keep_locked;
1060                         if (!sc->may_writepage)
1061                                 goto keep_locked;
1062
1063                         /* Page is dirty, try to write it out here */
1064                         switch (pageout(page, mapping, sc)) {
1065                         case PAGE_KEEP:
1066                                 goto keep_locked;
1067                         case PAGE_ACTIVATE:
1068                                 goto activate_locked;
1069                         case PAGE_SUCCESS:
1070                                 if (PageWriteback(page))
1071                                         goto keep;
1072                                 if (PageDirty(page))
1073                                         goto keep;
1074
1075                                 /*
1076                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1077                                  * ahead and try to reclaim the page.
1078                                  */
1079                                 if (!trylock_page(page))
1080                                         goto keep;
1081                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1082                                         goto keep_locked;
1083                                 mapping = page_mapping(page);
1084                         case PAGE_CLEAN:
1085                                 ; /* try to free the page below */
1086                         }
1087                 }
1088
1089                 /*
1090                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1091                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1092                  * the page as well.
1093                  *
1094                  * We do this even if the page is PageDirty().
1095                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1096                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1097                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1098                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1099                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1100                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1101                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1102                  *
1103                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1104                  * the pages which were not successfully invalidated in
1105                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1106                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1107                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1108                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1109                  */
1110                 if (page_has_private(page)) {
1111                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1112                                 goto activate_locked;
1113                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1114                                 unlock_page(page);
1115                                 if (put_page_testzero(page))
1116                                         goto free_it;
1117                                 else {
1118                                         /*
1119                                          * rare race with speculative reference.
1120                                          * the speculative reference will free
1121                                          * this page shortly, so we may
1122                                          * increment nr_reclaimed here (and
1123                                          * leave it off the LRU).
1124                                          */
1125                                         nr_reclaimed++;
1126                                         continue;
1127                                 }
1128                         }
1129                 }
1130
1131                 if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true))
1132                         goto keep_locked;
1133
1134                 /*
1135                  * At this point, we have no other references and there is
1136                  * no way to pick any more up (removed from LRU, removed
1137                  * from pagecache). Can use non-atomic bitops now (and
1138                  * we obviously don't have to worry about waking up a process
1139                  * waiting on the page lock, because there are no references.
1140                  */
1141                 __clear_page_locked(page);
1142 free_it:
1143                 nr_reclaimed++;
1144
1145                 /*
1146                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1147                  * appear not as the counts should be low
1148                  */
1149                 list_add(&page->lru, &free_pages);
1150                 continue;
1151
1152 cull_mlocked:
1153                 if (PageSwapCache(page))
1154                         try_to_free_swap(page);
1155                 unlock_page(page);
1156                 putback_lru_page(page);
1157                 continue;
1158
1159 activate_locked:
1160                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1161                 if (PageSwapCache(page) && vm_swap_full())
1162                         try_to_free_swap(page);
1163                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1164                 SetPageActive(page);
1165                 pgactivate++;
1166 keep_locked:
1167                 unlock_page(page);
1168 keep:
1169                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1170                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1171         }
1172
1173         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1174         free_hot_cold_page_list(&free_pages, true);
1175
1176         list_splice(&ret_pages, page_list);
1177         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1178
1179         *ret_nr_dirty += nr_dirty;
1180         *ret_nr_congested += nr_congested;
1181         *ret_nr_unqueued_dirty += nr_unqueued_dirty;
1182         *ret_nr_writeback += nr_writeback;
1183         *ret_nr_immediate += nr_immediate;
1184         return nr_reclaimed;
1185 }
1186
1187 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1188                                             struct list_head *page_list)
1189 {
1190         struct scan_control sc = {
1191                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1192                 .priority = DEF_PRIORITY,
1193                 .may_unmap = 1,
1194         };
1195         unsigned long ret, dummy1, dummy2, dummy3, dummy4, dummy5;
1196         struct page *page, *next;
1197         LIST_HEAD(clean_pages);
1198
1199         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1200                 if (page_is_file_cache(page) && !PageDirty(page) &&
1201                     !isolated_balloon_page(page)) {
1202                         ClearPageActive(page);
1203                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1204                 }
1205         }
1206
1207         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone, &sc,
1208                         TTU_UNMAP|TTU_IGNORE_ACCESS,
1209                         &dummy1, &dummy2, &dummy3, &dummy4, &dummy5, true);
1210         list_splice(&clean_pages, page_list);
1211         mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1212         return ret;
1213 }
1214
1215 /*
1216  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1217  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1218  * freed elsewhere are also ignored.
1219  *
1220  * page:        page to consider
1221  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1222  *
1223  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1224  */
1225 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1226 {
1227         int ret = -EINVAL;
1228
1229         /* Only take pages on the LRU. */
1230         if (!PageLRU(page))
1231                 return ret;
1232
1233         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1234         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1235                 return ret;
1236
1237         ret = -EBUSY;
1238
1239         /*
1240          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1241          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1242          * blocking - clean pages for the most part.
1243          *
1244          * ISOLATE_CLEAN means that only clean pages should be isolated. This
1245          * is used by reclaim when it is cannot write to backing storage
1246          *
1247          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1248          * that it is possible to migrate without blocking
1249          */
1250         if (mode & (ISOLATE_CLEAN|ISOLATE_ASYNC_MIGRATE)) {
1251                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1252                 if (PageWriteback(page))
1253                         return ret;
1254
1255                 if (PageDirty(page)) {
1256                         struct address_space *mapping;
1257
1258                         /* ISOLATE_CLEAN means only clean pages */
1259                         if (mode & ISOLATE_CLEAN)
1260                                 return ret;
1261
1262                         /*
1263                          * Only pages without mappings or that have a
1264                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1265                          * without blocking
1266                          */
1267                         mapping = page_mapping(page);
1268                         if (mapping && !mapping->a_ops->migratepage)
1269                                 return ret;
1270                 }
1271         }
1272
1273         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1274                 return ret;
1275
1276         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1277                 /*
1278                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1279                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1280                  * page release code relies on it.
1281                  */
1282                 ClearPageLRU(page);
1283                 ret = 0;
1284         }
1285
1286         return ret;
1287 }
1288
1289 /*
1290  * zone->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1291  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1292  * and working on them outside the LRU lock.
1293  *
1294  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1295  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1296  *
1297  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1298  *
1299  * @nr_to_scan: The number of pages to look through on the list.
1300  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1301  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1302  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1303  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1304  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1305  * @lru:        LRU list id for isolating
1306  *
1307  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1308  */
1309 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1310                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1311                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1312                 isolate_mode_t mode, enum lru_list lru)
1313 {
1314         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1315         unsigned long nr_taken = 0;
1316         unsigned long scan;
1317
1318         for (scan = 0; scan < nr_to_scan && !list_empty(src); scan++) {
1319                 struct page *page;
1320                 int nr_pages;
1321
1322                 page = lru_to_page(src);
1323                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1324
1325                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1326
1327                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1328                 case 0:
1329                         nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1330                         mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, -nr_pages);
1331                         list_move(&page->lru, dst);
1332                         nr_taken += nr_pages;
1333                         break;
1334
1335                 case -EBUSY:
1336                         /* else it is being freed elsewhere */
1337                         list_move(&page->lru, src);
1338                         continue;
1339
1340                 default:
1341                         BUG();
1342                 }
1343         }
1344
1345         *nr_scanned = scan;
1346         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->order, nr_to_scan, scan,
1347                                     nr_taken, mode, is_file_lru(lru));
1348         return nr_taken;
1349 }
1350
1351 /**
1352  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1353  * @page: page to isolate from its LRU list
1354  *
1355  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1356  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1357  *
1358  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1359  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1360  *
1361  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1362  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1363  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1364  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1365  *
1366  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1367  * found will be decremented.
1368  *
1369  * Restrictions:
1370  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1371  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1372  *     without a stable reference).
1373  * (2) the lru_lock must not be held.
1374  * (3) interrupts must be enabled.
1375  */
1376 int isolate_lru_page(struct page *page)
1377 {
1378         int ret = -EBUSY;
1379
1380         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1381
1382         if (PageLRU(page)) {
1383                 struct zone *zone = page_zone(page);
1384                 struct lruvec *lruvec;
1385
1386                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1387                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1388                 if (PageLRU(page)) {
1389                         int lru = page_lru(page);
1390                         get_page(page);
1391                         ClearPageLRU(page);
1392                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1393                         ret = 0;
1394                 }
1395                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1396         }
1397         return ret;
1398 }
1399
1400 /*
1401  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1402  * then get resheduled. When there are massive number of tasks doing page
1403  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1404  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1405  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1406  */
1407 static int too_many_isolated(struct zone *zone, int file,
1408                 struct scan_control *sc)
1409 {
1410         unsigned long inactive, isolated;
1411
1412         if (current_is_kswapd())
1413                 return 0;
1414
1415         if (!global_reclaim(sc))
1416                 return 0;
1417
1418         if (file) {
1419                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1420                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE);
1421         } else {
1422                 inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1423                 isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
1424         }
1425
1426         /*
1427          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1428          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1429          * deadlock.
1430          */
1431         if ((sc->gfp_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
1432                 inactive >>= 3;
1433
1434         return isolated > inactive;
1435 }
1436
1437 static noinline_for_stack void
1438 putback_inactive_pages(struct lruvec *lruvec, struct list_head *page_list)
1439 {
1440         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1441         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1442         LIST_HEAD(pages_to_free);
1443
1444         /*
1445          * Put back any unfreeable pages.
1446          */
1447         while (!list_empty(page_list)) {
1448                 struct page *page = lru_to_page(page_list);
1449                 int lru;
1450
1451                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1452                 list_del(&page->lru);
1453                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1454                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1455                         putback_lru_page(page);
1456                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1457                         continue;
1458                 }
1459
1460                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1461
1462                 SetPageLRU(page);
1463                 lru = page_lru(page);
1464                 add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
1465
1466                 if (is_active_lru(lru)) {
1467                         int file = is_file_lru(lru);
1468                         int numpages = hpage_nr_pages(page);
1469                         reclaim_stat->recent_rotated[file] += numpages;
1470                 }
1471                 if (put_page_testzero(page)) {
1472                         __ClearPageLRU(page);
1473                         __ClearPageActive(page);
1474                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1475
1476                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1477                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1478                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1479                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1480                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1481                         } else
1482                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1483                 }
1484         }
1485
1486         /*
1487          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1488          */
1489         list_splice(&pages_to_free, page_list);
1490 }
1491
1492 /*
1493  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1494  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1495  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1496  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1497  */
1498 static int current_may_throttle(void)
1499 {
1500         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1501                 current->backing_dev_info == NULL ||
1502                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_zone().  It returns the number
1507  * of reclaimed pages
1508  */
1509 static noinline_for_stack unsigned long
1510 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1511                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1512 {
1513         LIST_HEAD(page_list);
1514         unsigned long nr_scanned;
1515         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1516         unsigned long nr_taken;
1517         unsigned long nr_dirty = 0;
1518         unsigned long nr_congested = 0;
1519         unsigned long nr_unqueued_dirty = 0;
1520         unsigned long nr_writeback = 0;
1521         unsigned long nr_immediate = 0;
1522         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1523         int file = is_file_lru(lru);
1524         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1525         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1526
1527         while (unlikely(too_many_isolated(zone, file, sc))) {
1528                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1529
1530                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1531                 if (fatal_signal_pending(current))
1532                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1533         }
1534
1535         lru_add_drain();
1536
1537         if (!sc->may_unmap)
1538                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1539         if (!sc->may_writepage)
1540                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1541
1542         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1543
1544         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1545                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1546
1547         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1548         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1549
1550         if (global_reclaim(sc)) {
1551                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1552                 if (current_is_kswapd())
1553                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_KSWAPD, zone, nr_scanned);
1554                 else
1555                         __count_zone_vm_events(PGSCAN_DIRECT, zone, nr_scanned);
1556         }
1557         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1558
1559         if (nr_taken == 0)
1560                 return 0;
1561
1562         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, zone, sc, TTU_UNMAP,
1563                                 &nr_dirty, &nr_unqueued_dirty, &nr_congested,
1564                                 &nr_writeback, &nr_immediate,
1565                                 false);
1566
1567         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1568
1569         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1570
1571         if (global_reclaim(sc)) {
1572                 if (current_is_kswapd())
1573                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_KSWAPD, zone,
1574                                                nr_reclaimed);
1575                 else
1576                         __count_zone_vm_events(PGSTEAL_DIRECT, zone,
1577                                                nr_reclaimed);
1578         }
1579
1580         putback_inactive_pages(lruvec, &page_list);
1581
1582         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1583
1584         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1585
1586         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1587         free_hot_cold_page_list(&page_list, true);
1588
1589         /*
1590          * If reclaim is isolating dirty pages under writeback, it implies
1591          * that the long-lived page allocation rate is exceeding the page
1592          * laundering rate. Either the global limits are not being effective
1593          * at throttling processes due to the page distribution throughout
1594          * zones or there is heavy usage of a slow backing device. The
1595          * only option is to throttle from reclaim context which is not ideal
1596          * as there is no guarantee the dirtying process is throttled in the
1597          * same way balance_dirty_pages() manages.
1598          *
1599          * Once a zone is flagged ZONE_WRITEBACK, kswapd will count the number
1600          * of pages under pages flagged for immediate reclaim and stall if any
1601          * are encountered in the nr_immediate check below.
1602          */
1603         if (nr_writeback && nr_writeback == nr_taken)
1604                 set_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
1605
1606         /*
1607          * memcg will stall in page writeback so only consider forcibly
1608          * stalling for global reclaim
1609          */
1610         if (global_reclaim(sc)) {
1611                 /*
1612                  * Tag a zone as congested if all the dirty pages scanned were
1613                  * backed by a congested BDI and wait_iff_congested will stall.
1614                  */
1615                 if (nr_dirty && nr_dirty == nr_congested)
1616                         set_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
1617
1618                 /*
1619                  * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1620                  * implies that flushers are not keeping up. In this case, flag
1621                  * the zone ZONE_DIRTY and kswapd will start writing pages from
1622                  * reclaim context.
1623                  */
1624                 if (nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1625                         set_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
1626
1627                 /*
1628                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
1629                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it implies
1630                  * that pages are cycling through the LRU faster than
1631                  * they are written so also forcibly stall.
1632                  */
1633                 if (nr_immediate && current_may_throttle())
1634                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1635         }
1636
1637         /*
1638          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs or zone
1639          * is congested. Allow kswapd to continue until it starts encountering
1640          * unqueued dirty pages or cycling through the LRU too quickly.
1641          */
1642         if (!sc->hibernation_mode && !current_is_kswapd() &&
1643             current_may_throttle())
1644                 wait_iff_congested(zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
1645
1646         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(zone->zone_pgdat->node_id,
1647                 zone_idx(zone),
1648                 nr_scanned, nr_reclaimed,
1649                 sc->priority,
1650                 trace_shrink_flags(file));
1651         return nr_reclaimed;
1652 }
1653
1654 /*
1655  * This moves pages from the active list to the inactive list.
1656  *
1657  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1658  * processes, from rmap.
1659  *
1660  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1661  * appropriate to hold zone->lru_lock across the whole operation.  But if
1662  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1663  * should drop zone->lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1664  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1665  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1666  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1667  *
1668  * The downside is that we have to touch page->_count against each page.
1669  * But we had to alter page->flags anyway.
1670  */
1671
1672 static void move_active_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1673                                      struct list_head *list,
1674                                      struct list_head *pages_to_free,
1675                                      enum lru_list lru)
1676 {
1677         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1678         unsigned long pgmoved = 0;
1679         struct page *page;
1680         int nr_pages;
1681
1682         while (!list_empty(list)) {
1683                 page = lru_to_page(list);
1684                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
1685
1686                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1687                 SetPageLRU(page);
1688
1689                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1690                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, nr_pages);
1691                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1692                 pgmoved += nr_pages;
1693
1694                 if (put_page_testzero(page)) {
1695                         __ClearPageLRU(page);
1696                         __ClearPageActive(page);
1697                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1698
1699                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1700                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1701                                 mem_cgroup_uncharge(page);
1702                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1703                                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1704                         } else
1705                                 list_add(&page->lru, pages_to_free);
1706                 }
1707         }
1708         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, pgmoved);
1709         if (!is_active_lru(lru))
1710                 __count_vm_events(PGDEACTIVATE, pgmoved);
1711 }
1712
1713 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1714                                struct lruvec *lruvec,
1715                                struct scan_control *sc,
1716                                enum lru_list lru)
1717 {
1718         unsigned long nr_taken;
1719         unsigned long nr_scanned;
1720         unsigned long vm_flags;
1721         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
1722         LIST_HEAD(l_active);
1723         LIST_HEAD(l_inactive);
1724         struct page *page;
1725         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1726         unsigned long nr_rotated = 0;
1727         isolate_mode_t isolate_mode = 0;
1728         int file = is_file_lru(lru);
1729         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1730
1731         lru_add_drain();
1732
1733         if (!sc->may_unmap)
1734                 isolate_mode |= ISOLATE_UNMAPPED;
1735         if (!sc->may_writepage)
1736                 isolate_mode |= ISOLATE_CLEAN;
1737
1738         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1739
1740         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
1741                                      &nr_scanned, sc, isolate_mode, lru);
1742         if (global_reclaim(sc))
1743                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, nr_scanned);
1744
1745         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1746
1747         __count_zone_vm_events(PGREFILL, zone, nr_scanned);
1748         __mod_zone_page_state(zone, NR_LRU_BASE + lru, -nr_taken);
1749         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1750         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1751
1752         while (!list_empty(&l_hold)) {
1753                 cond_resched();
1754                 page = lru_to_page(&l_hold);
1755                 list_del(&page->lru);
1756
1757                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1758                         putback_lru_page(page);
1759                         continue;
1760                 }
1761
1762                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
1763                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
1764                                 if (page_has_private(page))
1765                                         try_to_release_page(page, 0);
1766                                 unlock_page(page);
1767                         }
1768                 }
1769
1770                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
1771                                     &vm_flags)) {
1772                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
1773                         /*
1774                          * Identify referenced, file-backed active pages and
1775                          * give them one more trip around the active list. So
1776                          * that executable code get better chances to stay in
1777                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
1778                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
1779                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
1780                          * so we ignore them here.
1781                          */
1782                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_cache(page)) {
1783                                 list_add(&page->lru, &l_active);
1784                                 continue;
1785                         }
1786                 }
1787
1788                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
1789                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
1790         }
1791
1792         /*
1793          * Move pages back to the lru list.
1794          */
1795         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
1796         /*
1797          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
1798          * even though only some of them are actually re-activated.  This
1799          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
1800          * get_scan_count.
1801          */
1802         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
1803
1804         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_active, &l_hold, lru);
1805         move_active_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive, &l_hold, lru - LRU_ACTIVE);
1806         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1807         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
1808
1809         mem_cgroup_uncharge_list(&l_hold);
1810         free_hot_cold_page_list(&l_hold, true);
1811 }
1812
1813 #ifdef CONFIG_SWAP
1814 static int inactive_anon_is_low_global(struct zone *zone)
1815 {
1816         unsigned long active, inactive;
1817
1818         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
1819         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
1820
1821         if (inactive * zone->inactive_ratio < active)
1822                 return 1;
1823
1824         return 0;
1825 }
1826
1827 /**
1828  * inactive_anon_is_low - check if anonymous pages need to be deactivated
1829  * @lruvec: LRU vector to check
1830  *
1831  * Returns true if the zone does not have enough inactive anon pages,
1832  * meaning some active anon pages need to be deactivated.
1833  */
1834 static int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1835 {
1836         /*
1837          * If we don't have swap space, anonymous page deactivation
1838          * is pointless.
1839          */
1840         if (!total_swap_pages)
1841                 return 0;
1842
1843         if (!mem_cgroup_disabled())
1844                 return mem_cgroup_inactive_anon_is_low(lruvec);
1845
1846         return inactive_anon_is_low_global(lruvec_zone(lruvec));
1847 }
1848 #else
1849 static inline int inactive_anon_is_low(struct lruvec *lruvec)
1850 {
1851         return 0;
1852 }
1853 #endif
1854
1855 /**
1856  * inactive_file_is_low - check if file pages need to be deactivated
1857  * @lruvec: LRU vector to check
1858  *
1859  * When the system is doing streaming IO, memory pressure here
1860  * ensures that active file pages get deactivated, until more
1861  * than half of the file pages are on the inactive list.
1862  *
1863  * Once we get to that situation, protect the system's working
1864  * set from being evicted by disabling active file page aging.
1865  *
1866  * This uses a different ratio than the anonymous pages, because
1867  * the page cache uses a use-once replacement algorithm.
1868  */
1869 static int inactive_file_is_low(struct lruvec *lruvec)
1870 {
1871         unsigned long inactive;
1872         unsigned long active;
1873
1874         inactive = get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
1875         active = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE);
1876
1877         return active > inactive;
1878 }
1879
1880 static int inactive_list_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru)
1881 {
1882         if (is_file_lru(lru))
1883                 return inactive_file_is_low(lruvec);
1884         else
1885                 return inactive_anon_is_low(lruvec);
1886 }
1887
1888 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
1889                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
1890 {
1891         if (is_active_lru(lru)) {
1892                 if (inactive_list_is_low(lruvec, lru))
1893                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1894                 return 0;
1895         }
1896
1897         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
1898 }
1899
1900 enum scan_balance {
1901         SCAN_EQUAL,
1902         SCAN_FRACT,
1903         SCAN_ANON,
1904         SCAN_FILE,
1905 };
1906
1907 /*
1908  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
1909  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
1910  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
1911  * onto the active list instead of evict.
1912  *
1913  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
1914  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
1915  */
1916 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
1917                            struct scan_control *sc, unsigned long *nr,
1918                            unsigned long *lru_pages)
1919 {
1920         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1921         u64 fraction[2];
1922         u64 denominator = 0;    /* gcc */
1923         struct zone *zone = lruvec_zone(lruvec);
1924         unsigned long anon_prio, file_prio;
1925         enum scan_balance scan_balance;
1926         unsigned long anon, file;
1927         bool force_scan = false;
1928         unsigned long ap, fp;
1929         enum lru_list lru;
1930         bool some_scanned;
1931         int pass;
1932
1933         /*
1934          * If the zone or memcg is small, nr[l] can be 0.  This
1935          * results in no scanning on this priority and a potential
1936          * priority drop.  Global direct reclaim can go to the next
1937          * zone and tends to have no problems. Global kswapd is for
1938          * zone balancing and it needs to scan a minimum amount. When
1939          * reclaiming for a memcg, a priority drop can cause high
1940          * latencies, so it's better to scan a minimum amount there as
1941          * well.
1942          */
1943         if (current_is_kswapd()) {
1944                 if (!zone_reclaimable(zone))
1945                         force_scan = true;
1946                 if (!mem_cgroup_lruvec_online(lruvec))
1947                         force_scan = true;
1948         }
1949         if (!global_reclaim(sc))
1950                 force_scan = true;
1951
1952         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
1953         if (!sc->may_swap || (get_nr_swap_pages() <= 0)) {
1954                 scan_balance = SCAN_FILE;
1955                 goto out;
1956         }
1957
1958         /*
1959          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
1960          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
1961          * disable swapping for individual groups completely when
1962          * using the memory controller's swap limit feature would be
1963          * too expensive.
1964          */
1965         if (!global_reclaim(sc) && !swappiness) {
1966                 scan_balance = SCAN_FILE;
1967                 goto out;
1968         }
1969
1970         /*
1971          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
1972          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
1973          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
1974          */
1975         if (!sc->priority && swappiness) {
1976                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
1977                 goto out;
1978         }
1979
1980         /*
1981          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
1982          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
1983          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
1984          * shrinks, so does the window for rotation from references.
1985          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
1986          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
1987          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
1988          */
1989         if (global_reclaim(sc)) {
1990                 unsigned long zonefile;
1991                 unsigned long zonefree;
1992
1993                 zonefree = zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1994                 zonefile = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
1995                            zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
1996
1997                 if (unlikely(zonefile + zonefree <= high_wmark_pages(zone))) {
1998                         scan_balance = SCAN_ANON;
1999                         goto out;
2000                 }
2001         }
2002
2003         /*
2004          * There is enough inactive page cache, do not reclaim
2005          * anything from the anonymous working set right now.
2006          */
2007         if (!inactive_file_is_low(lruvec)) {
2008                 scan_balance = SCAN_FILE;
2009                 goto out;
2010         }
2011
2012         scan_balance = SCAN_FRACT;
2013
2014         /*
2015          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2016          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2017          */
2018         anon_prio = swappiness;
2019         file_prio = 200 - anon_prio;
2020
2021         /*
2022          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2023          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2024          * ratios to determine how valuable each cache is.
2025          *
2026          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2027          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2028          * up weighing recent references more than old ones.
2029          *
2030          * anon in [0], file in [1]
2031          */
2032
2033         anon  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON) +
2034                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON);
2035         file  = get_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE) +
2036                 get_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE);
2037
2038         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
2039         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2040                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2041                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2042         }
2043
2044         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2045                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2046                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2047         }
2048
2049         /*
2050          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2051          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2052          * each list that were recently referenced and in active use.
2053          */
2054         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2055         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2056
2057         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2058         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2059         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
2060
2061         fraction[0] = ap;
2062         fraction[1] = fp;
2063         denominator = ap + fp + 1;
2064 out:
2065         some_scanned = false;
2066         /* Only use force_scan on second pass. */
2067         for (pass = 0; !some_scanned && pass < 2; pass++) {
2068                 *lru_pages = 0;
2069                 for_each_evictable_lru(lru) {
2070                         int file = is_file_lru(lru);
2071                         unsigned long size;
2072                         unsigned long scan;
2073
2074                         size = get_lru_size(lruvec, lru);
2075                         scan = size >> sc->priority;
2076
2077                         if (!scan && pass && force_scan)
2078                                 scan = min(size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2079
2080                         switch (scan_balance) {
2081                         case SCAN_EQUAL:
2082                                 /* Scan lists relative to size */
2083                                 break;
2084                         case SCAN_FRACT:
2085                                 /*
2086                                  * Scan types proportional to swappiness and
2087                                  * their relative recent reclaim efficiency.
2088                                  */
2089                                 scan = div64_u64(scan * fraction[file],
2090                                                         denominator);
2091                                 break;
2092                         case SCAN_FILE:
2093                         case SCAN_ANON:
2094                                 /* Scan one type exclusively */
2095                                 if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file) {
2096                                         size = 0;
2097                                         scan = 0;
2098                                 }
2099                                 break;
2100                         default:
2101                                 /* Look ma, no brain */
2102                                 BUG();
2103                         }
2104
2105                         *lru_pages += size;
2106                         nr[lru] = scan;
2107
2108                         /*
2109                          * Skip the second pass and don't force_scan,
2110                          * if we found something to scan.
2111                          */
2112                         some_scanned |= !!scan;
2113                 }
2114         }
2115 }
2116
2117 /*
2118  * This is a basic per-zone page freer.  Used by both kswapd and direct reclaim.
2119  */
2120 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, int swappiness,
2121                           struct scan_control *sc, unsigned long *lru_pages)
2122 {
2123         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2124         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2125         unsigned long nr_to_scan;
2126         enum lru_list lru;
2127         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2128         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2129         struct blk_plug plug;
2130         bool scan_adjusted;
2131
2132         get_scan_count(lruvec, swappiness, sc, nr, lru_pages);
2133
2134         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2135         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2136
2137         /*
2138          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2139          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2140          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2141          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2142          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2143          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2144          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2145          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2146          * dropped to zero at the first pass.
2147          */
2148         scan_adjusted = (global_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2149                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2150
2151         blk_start_plug(&plug);
2152         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2153                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2154                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2155                 unsigned long nr_scanned;
2156
2157                 for_each_evictable_lru(lru) {
2158                         if (nr[lru]) {
2159                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2160                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2161
2162                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2163                                                             lruvec, sc);
2164                         }
2165                 }
2166
2167                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2168                         continue;
2169
2170                 /*
2171                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2172                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2173                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2174                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2175                  * proportional to the original scan target.
2176                  */
2177                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2178                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2179
2180                 /*
2181                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2182                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2183                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2184                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2185                  */
2186                 if (!nr_file || !nr_anon)
2187                         break;
2188
2189                 if (nr_file > nr_anon) {
2190                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2191                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2192                         lru = LRU_BASE;
2193                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2194                 } else {
2195                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2196                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2197                         lru = LRU_FILE;
2198                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2199                 }
2200
2201                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2202                 nr[lru] = 0;
2203                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2204
2205                 /*
2206                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2207                  * scan target and the percentage scanning already complete
2208                  */
2209                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2210                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2211                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2212                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2213
2214                 lru += LRU_ACTIVE;
2215                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2216                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2217                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2218
2219                 scan_adjusted = true;
2220         }
2221         blk_finish_plug(&plug);
2222         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2223
2224         /*
2225          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2226          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2227          */
2228         if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2229                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2230                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2231
2232         throttle_vm_writeout(sc->gfp_mask);
2233 }
2234
2235 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2236 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2237 {
2238         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2239                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2240                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2241                 return true;
2242
2243         return false;
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2248  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2249  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2250  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2251  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2252  */
2253 static inline bool should_continue_reclaim(struct zone *zone,
2254                                         unsigned long nr_reclaimed,
2255                                         unsigned long nr_scanned,
2256                                         struct scan_control *sc)
2257 {
2258         unsigned long pages_for_compaction;
2259         unsigned long inactive_lru_pages;
2260
2261         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2262         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2263                 return false;
2264
2265         /* Consider stopping depending on scan and reclaim activity */
2266         if (sc->gfp_mask & __GFP_REPEAT) {
2267                 /*
2268                  * For __GFP_REPEAT allocations, stop reclaiming if the
2269                  * full LRU list has been scanned and we are still failing
2270                  * to reclaim pages. This full LRU scan is potentially
2271                  * expensive but a __GFP_REPEAT caller really wants to succeed
2272                  */
2273                 if (!nr_reclaimed && !nr_scanned)
2274                         return false;
2275         } else {
2276                 /*
2277                  * For non-__GFP_REPEAT allocations which can presumably
2278                  * fail without consequence, stop if we failed to reclaim
2279                  * any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX number of
2280                  * pages that were scanned. This will return to the
2281                  * caller faster at the risk reclaim/compaction and
2282                  * the resulting allocation attempt fails
2283                  */
2284                 if (!nr_reclaimed)
2285                         return false;
2286         }
2287
2288         /*
2289          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2290          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2291          */
2292         pages_for_compaction = (2UL << sc->order);
2293         inactive_lru_pages = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE);
2294         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2295                 inactive_lru_pages += zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
2296         if (sc->nr_reclaimed < pages_for_compaction &&
2297                         inactive_lru_pages > pages_for_compaction)
2298                 return true;
2299
2300         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2301         switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, 0)) {
2302         case COMPACT_PARTIAL:
2303         case COMPACT_CONTINUE:
2304                 return false;
2305         default:
2306                 return true;
2307         }
2308 }
2309
2310 static bool shrink_zone(struct zone *zone, struct scan_control *sc,
2311                         bool is_classzone)
2312 {
2313         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2314         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2315         bool reclaimable = false;
2316
2317         do {
2318                 struct mem_cgroup *root = sc->target_mem_cgroup;
2319                 struct mem_cgroup_reclaim_cookie reclaim = {
2320                         .zone = zone,
2321                         .priority = sc->priority,
2322                 };
2323                 unsigned long zone_lru_pages = 0;
2324                 struct mem_cgroup *memcg;
2325
2326                 nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2327                 nr_scanned = sc->nr_scanned;
2328
2329                 memcg = mem_cgroup_iter(root, NULL, &reclaim);
2330                 do {
2331                         unsigned long lru_pages;
2332                         unsigned long scanned;
2333                         struct lruvec *lruvec;
2334                         int swappiness;
2335
2336                         if (mem_cgroup_low(root, memcg)) {
2337                                 if (!sc->may_thrash)
2338                                         continue;
2339                                 mem_cgroup_events(memcg, MEMCG_LOW, 1);
2340                         }
2341
2342                         lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2343                         swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2344                         scanned = sc->nr_scanned;
2345
2346                         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, sc, &lru_pages);
2347                         zone_lru_pages += lru_pages;
2348
2349                         if (memcg && is_classzone)
2350                                 shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone),
2351                                             memcg, sc->nr_scanned - scanned,
2352                                             lru_pages);
2353
2354                         /*
2355                          * Direct reclaim and kswapd have to scan all memory
2356                          * cgroups to fulfill the overall scan target for the
2357                          * zone.
2358                          *
2359                          * Limit reclaim, on the other hand, only cares about
2360                          * nr_to_reclaim pages to be reclaimed and it will
2361                          * retry with decreasing priority if one round over the
2362                          * whole hierarchy is not sufficient.
2363                          */
2364                         if (!global_reclaim(sc) &&
2365                                         sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim) {
2366                                 mem_cgroup_iter_break(root, memcg);
2367                                 break;
2368                         }
2369                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(root, memcg, &reclaim)));
2370
2371                 /*
2372                  * Shrink the slab caches in the same proportion that
2373                  * the eligible LRU pages were scanned.
2374                  */
2375                 if (global_reclaim(sc) && is_classzone)
2376                         shrink_slab(sc->gfp_mask, zone_to_nid(zone), NULL,
2377                                     sc->nr_scanned - nr_scanned,
2378                                     zone_lru_pages);
2379
2380                 if (reclaim_state) {
2381                         sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2382                         reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2383                 }
2384
2385                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2386                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
2387                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2388
2389                 if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2390                         reclaimable = true;
2391
2392         } while (should_continue_reclaim(zone, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2393                                          sc->nr_scanned - nr_scanned, sc));
2394
2395         return reclaimable;
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Returns true if compaction should go ahead for a high-order request, or
2400  * the high-order allocation would succeed without compaction.
2401  */
2402 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, int order)
2403 {
2404         unsigned long balance_gap, watermark;
2405         bool watermark_ok;
2406
2407         /*
2408          * Compaction takes time to run and there are potentially other
2409          * callers using the pages just freed. Continue reclaiming until
2410          * there is a buffer of free pages available to give compaction
2411          * a reasonable chance of completing and allocating the page
2412          */
2413         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
2414                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
2415         watermark = high_wmark_pages(zone) + balance_gap + (2UL << order);
2416         watermark_ok = zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, 0, 0);
2417
2418         /*
2419          * If compaction is deferred, reclaim up to a point where
2420          * compaction will have a chance of success when re-enabled
2421          */
2422         if (compaction_deferred(zone, order))
2423                 return watermark_ok;
2424
2425         /*
2426          * If compaction is not ready to start and allocation is not likely
2427          * to succeed without it, then keep reclaiming.
2428          */
2429         if (compaction_suitable(zone, order, 0, 0) == COMPACT_SKIPPED)
2430                 return false;
2431
2432         return watermark_ok;
2433 }
2434
2435 /*
2436  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2437  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2438  * request.
2439  *
2440  * We reclaim from a zone even if that zone is over high_wmark_pages(zone).
2441  * Because:
2442  * a) The caller may be trying to free *extra* pages to satisfy a higher-order
2443  *    allocation or
2444  * b) The target zone may be at high_wmark_pages(zone) but the lower zones
2445  *    must go *over* high_wmark_pages(zone) to satisfy the `incremental min'
2446  *    zone defense algorithm.
2447  *
2448  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2449  * scan then give up on it.
2450  *
2451  * Returns true if a zone was reclaimable.
2452  */
2453 static bool shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2454 {
2455         struct zoneref *z;
2456         struct zone *zone;
2457         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2458         unsigned long nr_soft_scanned;
2459         gfp_t orig_mask;
2460         enum zone_type requested_highidx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2461         bool reclaimable = false;
2462
2463         /*
2464          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2465          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2466          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2467          */
2468         orig_mask = sc->gfp_mask;
2469         if (buffer_heads_over_limit)
2470                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2471
2472         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2473                                         requested_highidx, sc->nodemask) {
2474                 enum zone_type classzone_idx;
2475
2476                 if (!populated_zone(zone))
2477                         continue;
2478
2479                 classzone_idx = requested_highidx;
2480                 while (!populated_zone(zone->zone_pgdat->node_zones +
2481                                                         classzone_idx))
2482                         classzone_idx--;
2483
2484                 /*
2485                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2486                  * to global LRU.
2487                  */
2488                 if (global_reclaim(sc)) {
2489                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2490                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2491                                 continue;
2492
2493                         if (sc->priority != DEF_PRIORITY &&
2494                             !zone_reclaimable(zone))
2495                                 continue;       /* Let kswapd poll it */
2496
2497                         /*
2498                          * If we already have plenty of memory free for
2499                          * compaction in this zone, don't free any more.
2500                          * Even though compaction is invoked for any
2501                          * non-zero order, only frequent costly order
2502                          * reclamation is disruptive enough to become a
2503                          * noticeable problem, like transparent huge
2504                          * page allocations.
2505                          */
2506                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2507                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2508                             zonelist_zone_idx(z) <= requested_highidx &&
2509                             compaction_ready(zone, sc->order)) {
2510                                 sc->compaction_ready = true;
2511                                 continue;
2512                         }
2513
2514                         /*
2515                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2516                          * and returns the number of reclaimed pages and
2517                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2518                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2519                          */
2520                         nr_soft_scanned = 0;
2521                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
2522                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2523                                                 &nr_soft_scanned);
2524                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2525                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2526                         if (nr_soft_reclaimed)
2527                                 reclaimable = true;
2528                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2529                 }
2530
2531                 if (shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx))
2532                         reclaimable = true;
2533
2534                 if (global_reclaim(sc) &&
2535                     !reclaimable && zone_reclaimable(zone))
2536                         reclaimable = true;
2537         }
2538
2539         /*
2540          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2541          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2542          */
2543         sc->gfp_mask = orig_mask;
2544
2545         return reclaimable;
2546 }
2547
2548 /*
2549  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2550  *
2551  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2552  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2553  *
2554  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2555  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2556  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2557  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2558  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2559  * work, and the allocation attempt will fail.
2560  *
2561  * returns:     0, if no pages reclaimed
2562  *              else, the number of pages reclaimed
2563  */
2564 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
2565                                           struct scan_control *sc)
2566 {
2567         int initial_priority = sc->priority;
2568         unsigned long total_scanned = 0;
2569         unsigned long writeback_threshold;
2570         bool zones_reclaimable;
2571 retry:
2572         delayacct_freepages_start();
2573
2574         if (global_reclaim(sc))
2575                 count_vm_event(ALLOCSTALL);
2576
2577         do {
2578                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
2579                                 sc->priority);
2580                 sc->nr_scanned = 0;
2581                 zones_reclaimable = shrink_zones(zonelist, sc);
2582
2583                 total_scanned += sc->nr_scanned;
2584                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
2585                         break;
2586
2587                 if (sc->compaction_ready)
2588                         break;
2589
2590                 /*
2591                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
2592                  * writepage even in laptop mode.
2593                  */
2594                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
2595                         sc->may_writepage = 1;
2596
2597                 /*
2598                  * Try to write back as many pages as we just scanned.  This
2599                  * tends to cause slow streaming writers to write data to the
2600                  * disk smoothly, at the dirtying rate, which is nice.   But
2601                  * that's undesirable in laptop mode, where we *want* lumpy
2602                  * writeout.  So in laptop mode, write out the whole world.
2603                  */
2604                 writeback_threshold = sc->nr_to_reclaim + sc->nr_to_reclaim / 2;
2605                 if (total_scanned > writeback_threshold) {
2606                         wakeup_flusher_threads(laptop_mode ? 0 : total_scanned,
2607                                                 WB_REASON_TRY_TO_FREE_PAGES);
2608                         sc->may_writepage = 1;
2609                 }
2610         } while (--sc->priority >= 0);
2611
2612         delayacct_freepages_end();
2613
2614         if (sc->nr_reclaimed)
2615                 return sc->nr_reclaimed;
2616
2617         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
2618         if (sc->compaction_ready)
2619                 return 1;
2620
2621         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
2622         if (!sc->may_thrash) {
2623                 sc->priority = initial_priority;
2624                 sc->may_thrash = 1;
2625                 goto retry;
2626         }
2627
2628         /* Any of the zones still reclaimable?  Don't OOM. */
2629         if (zones_reclaimable)
2630                 return 1;
2631
2632         return 0;
2633 }
2634
2635 static bool pfmemalloc_watermark_ok(pg_data_t *pgdat)
2636 {
2637         struct zone *zone;
2638         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
2639         unsigned long free_pages = 0;
2640         int i;
2641         bool wmark_ok;
2642
2643         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
2644                 zone = &pgdat->node_zones[i];
2645                 if (!populated_zone(zone))
2646                         continue;
2647
2648                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
2649                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
2650         }
2651
2652         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
2653         if (!pfmemalloc_reserve)
2654                 return true;
2655
2656         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
2657
2658         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
2659         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
2660                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx,
2661                                                 (enum zone_type)ZONE_NORMAL);
2662                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
2663         }
2664
2665         return wmark_ok;
2666 }
2667
2668 /*
2669  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
2670  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
2671  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
2672  * when the low watermark is reached.
2673  *
2674  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
2675  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
2676  */
2677 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
2678                                         nodemask_t *nodemask)
2679 {
2680         struct zoneref *z;
2681         struct zone *zone;
2682         pg_data_t *pgdat = NULL;
2683
2684         /*
2685          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
2686          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
2687          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
2688          * committing a transaction where throttling it could forcing other
2689          * processes to block on log_wait_commit().
2690          */
2691         if (current->flags & PF_KTHREAD)
2692                 goto out;
2693
2694         /*
2695          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
2696          * It should return quickly so it can exit and free its memory
2697          */
2698         if (fatal_signal_pending(current))
2699                 goto out;
2700
2701         /*
2702          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
2703          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
2704          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
2705          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
2706          *
2707          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
2708          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
2709          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
2710          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
2711          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
2712          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
2713          * should make reasonable progress.
2714          */
2715         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2716                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
2717                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
2718                         continue;
2719
2720                 /* Throttle based on the first usable node */
2721                 pgdat = zone->zone_pgdat;
2722                 if (pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
2723                         goto out;
2724                 break;
2725         }
2726
2727         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
2728         if (!pgdat)
2729                 goto out;
2730
2731         /* Account for the throttling */
2732         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
2733
2734         /*
2735          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
2736          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
2737          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
2738          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
2739          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
2740          * second before continuing.
2741          */
2742         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2743                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
2744                         pfmemalloc_watermark_ok(pgdat), HZ);
2745
2746                 goto check_pending;
2747         }
2748
2749         /* Throttle until kswapd wakes the process */
2750         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
2751                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat));
2752
2753 check_pending:
2754         if (fatal_signal_pending(current))
2755                 return true;
2756
2757 out:
2758         return false;
2759 }
2760
2761 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
2762                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
2763 {
2764         unsigned long nr_reclaimed;
2765         struct scan_control sc = {
2766                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2767                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
2768                 .order = order,
2769                 .nodemask = nodemask,
2770                 .priority = DEF_PRIORITY,
2771                 .may_writepage = !laptop_mode,
2772                 .may_unmap = 1,
2773                 .may_swap = 1,
2774         };
2775
2776         /*
2777          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
2778          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
2779          * point.
2780          */
2781         if (throttle_direct_reclaim(gfp_mask, zonelist, nodemask))
2782                 return 1;
2783
2784         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order,
2785                                 sc.may_writepage,
2786                                 gfp_mask);
2787
2788         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2789
2790         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
2791
2792         return nr_reclaimed;
2793 }
2794
2795 #ifdef CONFIG_MEMCG
2796
2797 unsigned long mem_cgroup_shrink_node_zone(struct mem_cgroup *memcg,
2798                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
2799                                                 struct zone *zone,
2800                                                 unsigned long *nr_scanned)
2801 {
2802         struct scan_control sc = {
2803                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
2804                 .target_mem_cgroup = memcg,
2805                 .may_writepage = !laptop_mode,
2806                 .may_unmap = 1,
2807                 .may_swap = !noswap,
2808         };
2809         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2810         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2811         unsigned long lru_pages;
2812
2813         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2814                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
2815
2816         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
2817                                                       sc.may_writepage,
2818                                                       sc.gfp_mask);
2819
2820         /*
2821          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
2822          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
2823          * if we don't reclaim here, the shrink_zone from balance_pgdat
2824          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
2825          * the priority and make it zero.
2826          */
2827         shrink_lruvec(lruvec, swappiness, &sc, &lru_pages);
2828
2829         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
2830
2831         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
2832         return sc.nr_reclaimed;
2833 }
2834
2835 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
2836                                            unsigned long nr_pages,
2837                                            gfp_t gfp_mask,
2838                                            bool may_swap)
2839 {
2840         struct zonelist *zonelist;
2841         unsigned long nr_reclaimed;
2842         int nid;
2843         struct scan_control sc = {
2844                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
2845                 .gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
2846                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
2847                 .target_mem_cgroup = memcg,
2848                 .priority = DEF_PRIORITY,
2849                 .may_writepage = !laptop_mode,
2850                 .may_unmap = 1,
2851                 .may_swap = may_swap,
2852         };
2853
2854         /*
2855          * Unlike direct reclaim via alloc_pages(), memcg's reclaim doesn't
2856          * take care of from where we get pages. So the node where we start the
2857          * scan does not need to be the current node.
2858          */
2859         nid = mem_cgroup_select_victim_node(memcg);
2860
2861         zonelist = NODE_DATA(nid)->node_zonelists;
2862
2863         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0,
2864                                             sc.may_writepage,
2865                                             sc.gfp_mask);
2866
2867         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
2868
2869         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
2870
2871         return nr_reclaimed;
2872 }
2873 #endif
2874
2875 static void age_active_anon(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2876 {
2877         struct mem_cgroup *memcg;
2878
2879         if (!total_swap_pages)
2880                 return;
2881
2882         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
2883         do {
2884                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_zone_lruvec(zone, memcg);
2885
2886                 if (inactive_anon_is_low(lruvec))
2887                         shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2888                                            sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2889
2890                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
2891         } while (memcg);
2892 }
2893
2894 static bool zone_balanced(struct zone *zone, int order,
2895                           unsigned long balance_gap, int classzone_idx)
2896 {
2897         if (!zone_watermark_ok_safe(zone, order, high_wmark_pages(zone) +
2898                                     balance_gap, classzone_idx, 0))
2899                 return false;
2900
2901         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && order && compaction_suitable(zone,
2902                                 order, 0, classzone_idx) == COMPACT_SKIPPED)
2903                 return false;
2904
2905         return true;
2906 }
2907
2908 /*
2909  * pgdat_balanced() is used when checking if a node is balanced.
2910  *
2911  * For order-0, all zones must be balanced!
2912  *
2913  * For high-order allocations only zones that meet watermarks and are in a
2914  * zone allowed by the callers classzone_idx are added to balanced_pages. The
2915  * total of balanced pages must be at least 25% of the zones allowed by
2916  * classzone_idx for the node to be considered balanced. Forcing all zones to
2917  * be balanced for high orders can cause excessive reclaim when there are
2918  * imbalanced zones.
2919  * The choice of 25% is due to
2920  *   o a 16M DMA zone that is balanced will not balance a zone on any
2921  *     reasonable sized machine
2922  *   o On all other machines, the top zone must be at least a reasonable
2923  *     percentage of the middle zones. For example, on 32-bit x86, highmem
2924  *     would need to be at least 256M for it to be balance a whole node.
2925  *     Similarly, on x86-64 the Normal zone would need to be at least 1G
2926  *     to balance a node on its own. These seemed like reasonable ratios.
2927  */
2928 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
2929 {
2930         unsigned long managed_pages = 0;
2931         unsigned long balanced_pages = 0;
2932         int i;
2933
2934         /* Check the watermark levels */
2935         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
2936                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
2937
2938                 if (!populated_zone(zone))
2939                         continue;
2940
2941                 managed_pages += zone->managed_pages;
2942
2943                 /*
2944                  * A special case here:
2945                  *
2946                  * balance_pgdat() skips over all_unreclaimable after
2947                  * DEF_PRIORITY. Effectively, it considers them balanced so
2948                  * they must be considered balanced here as well!
2949                  */
2950                 if (!zone_reclaimable(zone)) {
2951                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2952                         continue;
2953                 }
2954
2955                 if (zone_balanced(zone, order, 0, i))
2956                         balanced_pages += zone->managed_pages;
2957                 else if (!order)
2958                         return false;
2959         }
2960
2961         if (order)
2962                 return balanced_pages >= (managed_pages >> 2);
2963         else
2964                 return true;
2965 }
2966
2967 /*
2968  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
2969  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
2970  *
2971  * Returns true if kswapd is ready to sleep
2972  */
2973 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, long remaining,
2974                                         int classzone_idx)
2975 {
2976         /* If a direct reclaimer woke kswapd within HZ/10, it's premature */
2977         if (remaining)
2978                 return false;
2979
2980         /*
2981          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
2982          * soon as pfmemalloc_watermark_ok() is true. But there is a potential
2983          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
2984          * throttled. There is also a potential race if processes get
2985          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
2986          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
2987          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
2988          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
2989          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
2990          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
2991          * that here we are under prepare_to_wait().
2992          */
2993         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
2994                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
2995
2996         return pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx);
2997 }
2998
2999 /*
3000  * kswapd shrinks the zone by the number of pages required to reach
3001  * the high watermark.
3002  *
3003  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3004  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3005  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3006  */
3007 static bool kswapd_shrink_zone(struct zone *zone,
3008                                int classzone_idx,
3009                                struct scan_control *sc,
3010                                unsigned long *nr_attempted)
3011 {
3012         int testorder = sc->order;
3013         unsigned long balance_gap;
3014         bool lowmem_pressure;
3015
3016         /* Reclaim above the high watermark. */
3017         sc->nr_to_reclaim = max(SWAP_CLUSTER_MAX, high_wmark_pages(zone));
3018
3019         /*
3020          * Kswapd reclaims only single pages with compaction enabled. Trying
3021          * too hard to reclaim until contiguous free pages have become
3022          * available can hurt performance by evicting too much useful data
3023          * from memory. Do not reclaim more than needed for compaction.
3024          */
3025         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
3026                         compaction_suitable(zone, sc->order, 0, classzone_idx)
3027                                                         != COMPACT_SKIPPED)
3028                 testorder = 0;
3029
3030         /*
3031          * We put equal pressure on every zone, unless one zone has way too
3032          * many pages free already. The "too many pages" is defined as the
3033          * high wmark plus a "gap" where the gap is either the low
3034          * watermark or 1% of the zone, whichever is smaller.
3035          */
3036         balance_gap = min(low_wmark_pages(zone), DIV_ROUND_UP(
3037                         zone->managed_pages, KSWAPD_ZONE_BALANCE_GAP_RATIO));
3038
3039         /*
3040          * If there is no low memory pressure or the zone is balanced then no
3041          * reclaim is necessary
3042          */
3043         lowmem_pressure = (buffer_heads_over_limit && is_highmem(zone));
3044         if (!lowmem_pressure && zone_balanced(zone, testorder,
3045                                                 balance_gap, classzone_idx))
3046                 return true;
3047
3048         shrink_zone(zone, sc, zone_idx(zone) == classzone_idx);
3049
3050         /* Account for the number of pages attempted to reclaim */
3051         *nr_attempted += sc->nr_to_reclaim;
3052
3053         clear_bit(ZONE_WRITEBACK, &zone->flags);
3054
3055         /*
3056          * If a zone reaches its high watermark, consider it to be no longer
3057          * congested. It's possible there are dirty pages backed by congested
3058          * BDIs but as pressure is relieved, speculatively avoid congestion
3059          * waits.
3060          */
3061         if (zone_reclaimable(zone) &&
3062             zone_balanced(zone, testorder, 0, classzone_idx)) {
3063                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3064                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3065         }
3066
3067         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3068 }
3069
3070 /*
3071  * For kswapd, balance_pgdat() will work across all this node's zones until
3072  * they are all at high_wmark_pages(zone).
3073  *
3074  * Returns the final order kswapd was reclaiming at
3075  *
3076  * There is special handling here for zones which are full of pinned pages.
3077  * This can happen if the pages are all mlocked, or if they are all used by
3078  * device drivers (say, ZONE_DMA).  Or if they are all in use by hugetlb.
3079  * What we do is to detect the case where all pages in the zone have been
3080  * scanned twice and there has been zero successful reclaim.  Mark the zone as
3081  * dead and from now on, only perform a short scan.  Basically we're polling
3082  * the zone for when the problem goes away.
3083  *
3084  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3085  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3086  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), we scan that zone and the
3087  * lower zones regardless of the number of free pages in the lower zones. This
3088  * interoperates with the page allocator fallback scheme to ensure that aging
3089  * of pages is balanced across the zones.
3090  */
3091 static unsigned long balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order,
3092                                                         int *classzone_idx)
3093 {
3094         int i;
3095         int end_zone = 0;       /* Inclusive.  0 = ZONE_DMA */
3096         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3097         unsigned long nr_soft_scanned;
3098         struct scan_control sc = {
3099                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3100                 .order = order,
3101                 .priority = DEF_PRIORITY,
3102                 .may_writepage = !laptop_mode,
3103                 .may_unmap = 1,
3104                 .may_swap = 1,
3105         };
3106         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3107
3108         do {
3109                 unsigned long nr_attempted = 0;
3110                 bool raise_priority = true;
3111                 bool pgdat_needs_compaction = (order > 0);
3112
3113                 sc.nr_reclaimed = 0;
3114
3115                 /*
3116                  * Scan in the highmem->dma direction for the highest
3117                  * zone which needs scanning
3118                  */
3119                 for (i = pgdat->nr_zones - 1; i >= 0; i--) {
3120                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3121
3122                         if (!populated_zone(zone))
3123                                 continue;
3124
3125                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3126                             !zone_reclaimable(zone))
3127                                 continue;
3128
3129                         /*
3130                          * Do some background aging of the anon list, to give
3131                          * pages a chance to be referenced before reclaiming.
3132                          */
3133                         age_active_anon(zone, &sc);
3134
3135                         /*
3136                          * If the number of buffer_heads in the machine
3137                          * exceeds the maximum allowed level and this node
3138                          * has a highmem zone, force kswapd to reclaim from
3139                          * it to relieve lowmem pressure.
3140                          */
3141                         if (buffer_heads_over_limit && is_highmem_idx(i)) {
3142                                 end_zone = i;
3143                                 break;
3144                         }
3145
3146                         if (!zone_balanced(zone, order, 0, 0)) {
3147                                 end_zone = i;
3148                                 break;
3149                         } else {
3150                                 /*
3151                                  * If balanced, clear the dirty and congested
3152                                  * flags
3153                                  */
3154                                 clear_bit(ZONE_CONGESTED, &zone->flags);
3155                                 clear_bit(ZONE_DIRTY, &zone->flags);
3156                         }
3157                 }
3158
3159                 if (i < 0)
3160                         goto out;
3161
3162                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3163                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3164
3165                         if (!populated_zone(zone))
3166                                 continue;
3167
3168                         /*
3169                          * If any zone is currently balanced then kswapd will
3170                          * not call compaction as it is expected that the
3171                          * necessary pages are already available.
3172                          */
3173                         if (pgdat_needs_compaction &&
3174                                         zone_watermark_ok(zone, order,
3175                                                 low_wmark_pages(zone),
3176                                                 *classzone_idx, 0))
3177                                 pgdat_needs_compaction = false;
3178                 }
3179
3180                 /*
3181                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3182                  * even in laptop mode.
3183                  */
3184                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3185                         sc.may_writepage = 1;
3186
3187                 /*
3188                  * Now scan the zone in the dma->highmem direction, stopping
3189                  * at the last zone which needs scanning.
3190                  *
3191                  * We do this because the page allocator works in the opposite
3192                  * direction.  This prevents the page allocator from allocating
3193                  * pages behind kswapd's direction of progress, which would
3194                  * cause too much scanning of the lower zones.
3195                  */
3196                 for (i = 0; i <= end_zone; i++) {
3197                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
3198
3199                         if (!populated_zone(zone))
3200                                 continue;
3201
3202                         if (sc.priority != DEF_PRIORITY &&
3203                             !zone_reclaimable(zone))
3204                                 continue;
3205
3206                         sc.nr_scanned = 0;
3207
3208                         nr_soft_scanned = 0;
3209                         /*
3210                          * Call soft limit reclaim before calling shrink_zone.
3211                          */
3212                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone,
3213                                                         order, sc.gfp_mask,
3214                                                         &nr_soft_scanned);
3215                         sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3216
3217                         /*
3218                          * There should be no need to raise the scanning
3219                          * priority if enough pages are already being scanned
3220                          * that that high watermark would be met at 100%
3221                          * efficiency.
3222                          */
3223                         if (kswapd_shrink_zone(zone, end_zone,
3224                                                &sc, &nr_attempted))
3225                                 raise_priority = false;
3226                 }
3227
3228                 /*
3229                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3230                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3231                  * able to safely make forward progress. Wake them
3232                  */
3233                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3234                                 pfmemalloc_watermark_ok(pgdat))
3235                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3236
3237                 /*
3238                  * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced
3239                  * for high-order allocations in all zones. If twice the
3240                  * allocation size has been reclaimed and the zones are still
3241                  * not balanced then recheck the watermarks at order-0 to
3242                  * prevent kswapd reclaiming excessively. Assume that a
3243                  * process requested a high-order can direct reclaim/compact.
3244                  */
3245                 if (order && sc.nr_reclaimed >= 2UL << order)
3246                         order = sc.order = 0;
3247
3248                 /* Check if kswapd should be suspending */
3249                 if (try_to_freeze() || kthread_should_stop())
3250                         break;
3251
3252                 /*
3253                  * Compact if necessary and kswapd is reclaiming at least the
3254                  * high watermark number of pages as requsted
3255                  */
3256                 if (pgdat_needs_compaction && sc.nr_reclaimed > nr_attempted)
3257                         compact_pgdat(pgdat, order);
3258
3259                 /*
3260                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3261                  * progress in reclaiming pages
3262                  */
3263                 if (raise_priority || !sc.nr_reclaimed)
3264                         sc.priority--;
3265         } while (sc.priority >= 1 &&
3266                  !pgdat_balanced(pgdat, order, *classzone_idx));
3267
3268 out:
3269         /*
3270          * Return the order we were reclaiming at so prepare_kswapd_sleep()
3271          * makes a decision on the order we were last reclaiming at. However,
3272          * if another caller entered the allocator slow path while kswapd
3273          * was awake, order will remain at the higher level
3274          */
3275         *classzone_idx = end_zone;
3276         return order;
3277 }
3278
3279 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3280 {
3281         long remaining = 0;
3282         DEFINE_WAIT(wait);
3283
3284         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3285                 return;
3286
3287         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3288
3289         /* Try to sleep for a short interval */
3290         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3291                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3292                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3293                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3294         }
3295
3296         /*
3297          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3298          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3299          */
3300         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, order, remaining, classzone_idx)) {
3301                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3302
3303                 /*
3304                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3305                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3306                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3307                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3308                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3309                  * them before going back to sleep.
3310                  */
3311                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3312
3313                 /*
3314                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3315                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3316                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3317                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3318                  */
3319                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3320
3321                 if (!kthread_should_stop())
3322                         schedule();
3323
3324                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3325         } else {
3326                 if (remaining)
3327                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3328                 else
3329                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3330         }
3331         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3332 }
3333
3334 /*
3335  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3336  * from the init process.
3337  *
3338  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3339  * free memory available even if there is no other activity
3340  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3341  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3342  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3343  *
3344  * If there are applications that are active memory-allocators
3345  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3346  */
3347 static int kswapd(void *p)
3348 {
3349         unsigned long order, new_order;
3350         unsigned balanced_order;
3351         int classzone_idx, new_classzone_idx;
3352         int balanced_classzone_idx;
3353         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3354         struct task_struct *tsk = current;
3355
3356         struct reclaim_state reclaim_state = {
3357                 .reclaimed_slab = 0,
3358         };
3359         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3360
3361         lockdep_set_current_reclaim_state(GFP_KERNEL);
3362
3363         if (!cpumask_empty(cpumask))
3364                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3365         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3366
3367         /*
3368          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3369          * and that if we need more memory we should get access to it
3370          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3371          * never get caught in the normal page freeing logic.
3372          *
3373          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3374          * you need a small amount of memory in order to be able to
3375          * page out something else, and this flag essentially protects
3376          * us from recursively trying to free more memory as we're
3377          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3378          */
3379         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3380         set_freezable();
3381
3382         order = new_order = 0;
3383         balanced_order = 0;
3384         classzone_idx = new_classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3385         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3386         for ( ; ; ) {
3387                 bool ret;
3388
3389                 /*
3390                  * If the last balance_pgdat was unsuccessful it's unlikely a
3391                  * new request of a similar or harder type will succeed soon
3392                  * so consider going to sleep on the basis we reclaimed at
3393                  */
3394                 if (balanced_classzone_idx >= new_classzone_idx &&
3395                                         balanced_order == new_order) {
3396                         new_order = pgdat->kswapd_max_order;
3397                         new_classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3398                         pgdat->kswapd_max_order =  0;
3399                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3400                 }
3401
3402                 if (order < new_order || classzone_idx > new_classzone_idx) {
3403                         /*
3404                          * Don't sleep if someone wants a larger 'order'
3405                          * allocation or has tigher zone constraints
3406                          */
3407                         order = new_order;
3408                         classzone_idx = new_classzone_idx;
3409                 } else {
3410                         kswapd_try_to_sleep(pgdat, balanced_order,
3411                                                 balanced_classzone_idx);
3412                         order = pgdat->kswapd_max_order;
3413                         classzone_idx = pgdat->classzone_idx;
3414                         new_order = order;
3415                         new_classzone_idx = classzone_idx;
3416                         pgdat->kswapd_max_order = 0;
3417                         pgdat->classzone_idx = pgdat->nr_zones - 1;
3418                 }
3419
3420                 ret = try_to_freeze();
3421                 if (kthread_should_stop())
3422                         break;
3423
3424                 /*
3425                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3426                  * after returning from the refrigerator
3427                  */
3428                 if (!ret) {
3429                         trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, order);
3430                         balanced_classzone_idx = classzone_idx;
3431                         balanced_order = balance_pgdat(pgdat, order,
3432                                                 &balanced_classzone_idx);
3433                 }
3434         }
3435
3436         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3437         current->reclaim_state = NULL;
3438         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3439
3440         return 0;
3441 }
3442
3443 /*
3444  * A zone is low on free memory, so wake its kswapd task to service it.
3445  */
3446 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
3447 {
3448         pg_data_t *pgdat;
3449
3450         if (!populated_zone(zone))
3451                 return;
3452
3453         if (!cpuset_zone_allowed(zone, GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3454                 return;
3455         pgdat = zone->zone_pgdat;
3456         if (pgdat->kswapd_max_order < order) {
3457                 pgdat->kswapd_max_order = order;
3458                 pgdat->classzone_idx = min(pgdat->classzone_idx, classzone_idx);
3459         }
3460         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3461                 return;
3462         if (zone_balanced(zone, order, 0, 0))
3463                 return;
3464
3465         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, zone_idx(zone), order);
3466         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3467 }
3468
3469 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3470 /*
3471  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3472  * freed pages.
3473  *
3474  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3475  * LRU order by reclaiming preferentially
3476  * inactive > active > active referenced > active mapped
3477  */
3478 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3479 {
3480         struct reclaim_state reclaim_state;
3481         struct scan_control sc = {
3482                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3483                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3484                 .priority = DEF_PRIORITY,
3485                 .may_writepage = 1,
3486                 .may_unmap = 1,
3487                 .may_swap = 1,
3488                 .hibernation_mode = 1,
3489         };
3490         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3491         struct task_struct *p = current;
3492         unsigned long nr_reclaimed;
3493
3494         p->flags |= PF_MEMALLOC;
3495         lockdep_set_current_reclaim_state(sc.gfp_mask);
3496         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3497         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3498
3499         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3500
3501         p->reclaim_state = NULL;
3502         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3503         p->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3504
3505         return nr_reclaimed;
3506 }
3507 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
3508
3509 /* It's optimal to keep kswapds on the same CPUs as their memory, but
3510    not required for correctness.  So if the last cpu in a node goes
3511    away, we get changed to run anywhere: as the first one comes back,
3512    restore their cpu bindings. */
3513 static int cpu_callback(struct notifier_block *nfb, unsigned long action,
3514                         void *hcpu)
3515 {
3516         int nid;
3517
3518         if (action == CPU_ONLINE || action == CPU_ONLINE_FROZEN) {
3519                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3520                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3521                         const struct cpumask *mask;
3522
3523                         mask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3524
3525                         if (cpumask_any_and(cpu_online_mask, mask) < nr_cpu_ids)
3526                                 /* One of our CPUs online: restore mask */
3527                                 set_cpus_allowed_ptr(pgdat->kswapd, mask);
3528                 }
3529         }
3530         return NOTIFY_OK;
3531 }
3532
3533 /*
3534  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
3535  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
3536  */
3537 int kswapd_run(int nid)
3538 {
3539         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3540         int ret = 0;
3541
3542         if (pgdat->kswapd)
3543                 return 0;
3544
3545         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
3546         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
3547                 /* failure at boot is fatal */
3548                 BUG_ON(system_state == SYSTEM_BOOTING);
3549                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
3550                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
3551                 pgdat->kswapd = NULL;
3552         }
3553         return ret;
3554 }
3555
3556 /*
3557  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
3558  * hold mem_hotplug_begin/end().
3559  */
3560 void kswapd_stop(int nid)
3561 {
3562         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
3563
3564         if (kswapd) {
3565                 kthread_stop(kswapd);
3566                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
3567         }
3568 }
3569
3570 static int __init kswapd_init(void)
3571 {
3572         int nid;
3573
3574         swap_setup();
3575         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
3576                 kswapd_run(nid);
3577         hotcpu_notifier(cpu_callback, 0);
3578         return 0;
3579 }
3580
3581 module_init(kswapd_init)
3582
3583 #ifdef CONFIG_NUMA
3584 /*
3585  * Zone reclaim mode
3586  *
3587  * If non-zero call zone_reclaim when the number of free pages falls below
3588  * the watermarks.
3589  */
3590 int zone_reclaim_mode __read_mostly;
3591
3592 #define RECLAIM_OFF 0
3593 #define RECLAIM_ZONE (1<<0)     /* Run shrink_inactive_list on the zone */
3594 #define RECLAIM_WRITE (1<<1)    /* Writeout pages during reclaim */
3595 #define RECLAIM_SWAP (1<<2)     /* Swap pages out during reclaim */
3596
3597 /*
3598  * Priority for ZONE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
3599  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
3600  * a zone.
3601  */
3602 #define ZONE_RECLAIM_PRIORITY 4
3603
3604 /*
3605  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for zone_reclaim to
3606  * occur.
3607  */
3608 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
3609
3610 /*
3611  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
3612  * slab reclaim needs to occur.
3613  */
3614 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
3615
3616 static inline unsigned long zone_unmapped_file_pages(struct zone *zone)
3617 {
3618         unsigned long file_mapped = zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED);
3619         unsigned long file_lru = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
3620                 zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE);
3621
3622         /*
3623          * It's possible for there to be more file mapped pages than
3624          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
3625          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
3626          */
3627         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
3628 }
3629
3630 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
3631 static long zone_pagecache_reclaimable(struct zone *zone)
3632 {
3633         long nr_pagecache_reclaimable;
3634         long delta = 0;
3635
3636         /*
3637          * If RECLAIM_SWAP is set, then all file pages are considered
3638          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
3639          * pages like swapcache and zone_unmapped_file_pages() provides
3640          * a better estimate
3641          */
3642         if (zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP)
3643                 nr_pagecache_reclaimable = zone_page_state(zone, NR_FILE_PAGES);
3644         else
3645                 nr_pagecache_reclaimable = zone_unmapped_file_pages(zone);
3646
3647         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
3648         if (!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
3649                 delta += zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY);
3650
3651         /* Watch for any possible underflows due to delta */
3652         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
3653                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
3654
3655         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
3656 }
3657
3658 /*
3659  * Try to free up some pages from this zone through reclaim.
3660  */
3661 static int __zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3662 {
3663         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
3664         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
3665         struct task_struct *p = current;
3666         struct reclaim_state reclaim_state;
3667         struct scan_control sc = {
3668                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3669                 .gfp_mask = (gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask)),
3670                 .order = order,
3671                 .priority = ZONE_RECLAIM_PRIORITY,
3672                 .may_writepage = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
3673                 .may_unmap = !!(zone_reclaim_mode & RECLAIM_SWAP),
3674                 .may_swap = 1,
3675         };
3676
3677         cond_resched();
3678         /*
3679          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_SWAP
3680          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
3681          * and RECLAIM_SWAP.
3682          */
3683         p->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE;
3684         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3685         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3686         p->reclaim_state = &reclaim_state;
3687
3688         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) > zone->min_unmapped_pages) {
3689                 /*
3690                  * Free memory by calling shrink zone with increasing
3691                  * priorities until we have enough memory freed.
3692                  */
3693                 do {
3694                         shrink_zone(zone, &sc, true);
3695                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
3696         }
3697
3698         p->reclaim_state = NULL;
3699         current->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE);
3700         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3701         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
3702 }
3703
3704 int zone_reclaim(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3705 {
3706         int node_id;
3707         int ret;
3708
3709         /*
3710          * Zone reclaim reclaims unmapped file backed pages and
3711          * slab pages if we are over the defined limits.
3712          *
3713          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
3714          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
3715          * thrown out if the zone is overallocated. So we do not reclaim
3716          * if less than a specified percentage of the zone is used by
3717          * unmapped file backed pages.
3718          */
3719         if (zone_pagecache_reclaimable(zone) <= zone->min_unmapped_pages &&
3720             zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= zone->min_slab_pages)
3721                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3722
3723         if (!zone_reclaimable(zone))
3724                 return ZONE_RECLAIM_FULL;
3725
3726         /*
3727          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
3728          */
3729         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
3730                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3731
3732         /*
3733          * Only run zone reclaim on the local zone or on zones that do not
3734          * have associated processors. This will favor the local processor
3735          * over remote processors and spread off node memory allocations
3736          * as wide as possible.
3737          */
3738         node_id = zone_to_nid(zone);
3739         if (node_state(node_id, N_CPU) && node_id != numa_node_id())
3740                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3741
3742         if (test_and_set_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags))
3743                 return ZONE_RECLAIM_NOSCAN;
3744
3745         ret = __zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
3746         clear_bit(ZONE_RECLAIM_LOCKED, &zone->flags);
3747
3748         if (!ret)
3749                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
3750
3751         return ret;
3752 }
3753 #endif
3754
3755 /*
3756  * page_evictable - test whether a page is evictable
3757  * @page: the page to test
3758  *
3759  * Test whether page is evictable--i.e., should be placed on active/inactive
3760  * lists vs unevictable list.
3761  *
3762  * Reasons page might not be evictable:
3763  * (1) page's mapping marked unevictable
3764  * (2) page is part of an mlocked VMA
3765  *
3766  */
3767 int page_evictable(struct page *page)
3768 {
3769         return !mapping_unevictable(page_mapping(page)) && !PageMlocked(page);
3770 }
3771
3772 #ifdef CONFIG_SHMEM
3773 /**
3774  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to appropriate zone lru list
3775  * @pages:      array of pages to check
3776  * @nr_pages:   number of pages to check
3777  *
3778  * Checks pages for evictability and moves them to the appropriate lru list.
3779  *
3780  * This function is only used for SysV IPC SHM_UNLOCK.
3781  */
3782 void check_move_unevictable_pages(struct page **pages, int nr_pages)
3783 {
3784         struct lruvec *lruvec;
3785         struct zone *zone = NULL;
3786         int pgscanned = 0;
3787         int pgrescued = 0;
3788         int i;
3789
3790         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
3791                 struct page *page = pages[i];
3792                 struct zone *pagezone;
3793
3794                 pgscanned++;
3795                 pagezone = page_zone(page);
3796                 if (pagezone != zone) {
3797                         if (zone)
3798                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3799                         zone = pagezone;
3800                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
3801                 }
3802                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
3803
3804                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
3805                         continue;
3806
3807                 if (page_evictable(page)) {
3808                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
3809
3810                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
3811                         ClearPageUnevictable(page);
3812                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
3813                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
3814                         pgrescued++;
3815                 }
3816         }
3817
3818         if (zone) {
3819                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
3820                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
3821                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
3822         }
3823 }
3824 #endif /* CONFIG_SHMEM */