]> Git Repo - J-linux.git/blob - mm/zswap.c
Merge tag 'vfs-6.13-rc7.fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/vfs/vfs
[J-linux.git] / mm / zswap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * zswap.c - zswap driver file
4  *
5  * zswap is a cache that takes pages that are in the process
6  * of being swapped out and attempts to compress and store them in a
7  * RAM-based memory pool.  This can result in a significant I/O reduction on
8  * the swap device and, in the case where decompressing from RAM is faster
9  * than reading from the swap device, can also improve workload performance.
10  *
11  * Copyright (C) 2012  Seth Jennings <[email protected]>
12 */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/module.h>
17 #include <linux/cpu.h>
18 #include <linux/highmem.h>
19 #include <linux/slab.h>
20 #include <linux/spinlock.h>
21 #include <linux/types.h>
22 #include <linux/atomic.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/crypto.h>
25 #include <linux/scatterlist.h>
26 #include <linux/mempolicy.h>
27 #include <linux/mempool.h>
28 #include <linux/zpool.h>
29 #include <crypto/acompress.h>
30 #include <linux/zswap.h>
31 #include <linux/mm_types.h>
32 #include <linux/page-flags.h>
33 #include <linux/swapops.h>
34 #include <linux/writeback.h>
35 #include <linux/pagemap.h>
36 #include <linux/workqueue.h>
37 #include <linux/list_lru.h>
38
39 #include "swap.h"
40 #include "internal.h"
41
42 /*********************************
43 * statistics
44 **********************************/
45 /* The number of compressed pages currently stored in zswap */
46 atomic_long_t zswap_stored_pages = ATOMIC_INIT(0);
47
48 /*
49  * The statistics below are not protected from concurrent access for
50  * performance reasons so they may not be a 100% accurate.  However,
51  * they do provide useful information on roughly how many times a
52  * certain event is occurring.
53 */
54
55 /* Pool limit was hit (see zswap_max_pool_percent) */
56 static u64 zswap_pool_limit_hit;
57 /* Pages written back when pool limit was reached */
58 static u64 zswap_written_back_pages;
59 /* Store failed due to a reclaim failure after pool limit was reached */
60 static u64 zswap_reject_reclaim_fail;
61 /* Store failed due to compression algorithm failure */
62 static u64 zswap_reject_compress_fail;
63 /* Compressed page was too big for the allocator to (optimally) store */
64 static u64 zswap_reject_compress_poor;
65 /* Store failed because underlying allocator could not get memory */
66 static u64 zswap_reject_alloc_fail;
67 /* Store failed because the entry metadata could not be allocated (rare) */
68 static u64 zswap_reject_kmemcache_fail;
69
70 /* Shrinker work queue */
71 static struct workqueue_struct *shrink_wq;
72 /* Pool limit was hit, we need to calm down */
73 static bool zswap_pool_reached_full;
74
75 /*********************************
76 * tunables
77 **********************************/
78
79 #define ZSWAP_PARAM_UNSET ""
80
81 static int zswap_setup(void);
82
83 /* Enable/disable zswap */
84 static DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, zswap_ever_enabled);
85 static bool zswap_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON);
86 static int zswap_enabled_param_set(const char *,
87                                    const struct kernel_param *);
88 static const struct kernel_param_ops zswap_enabled_param_ops = {
89         .set =          zswap_enabled_param_set,
90         .get =          param_get_bool,
91 };
92 module_param_cb(enabled, &zswap_enabled_param_ops, &zswap_enabled, 0644);
93
94 /* Crypto compressor to use */
95 static char *zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
96 static int zswap_compressor_param_set(const char *,
97                                       const struct kernel_param *);
98 static const struct kernel_param_ops zswap_compressor_param_ops = {
99         .set =          zswap_compressor_param_set,
100         .get =          param_get_charp,
101         .free =         param_free_charp,
102 };
103 module_param_cb(compressor, &zswap_compressor_param_ops,
104                 &zswap_compressor, 0644);
105
106 /* Compressed storage zpool to use */
107 static char *zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
108 static int zswap_zpool_param_set(const char *, const struct kernel_param *);
109 static const struct kernel_param_ops zswap_zpool_param_ops = {
110         .set =          zswap_zpool_param_set,
111         .get =          param_get_charp,
112         .free =         param_free_charp,
113 };
114 module_param_cb(zpool, &zswap_zpool_param_ops, &zswap_zpool_type, 0644);
115
116 /* The maximum percentage of memory that the compressed pool can occupy */
117 static unsigned int zswap_max_pool_percent = 20;
118 module_param_named(max_pool_percent, zswap_max_pool_percent, uint, 0644);
119
120 /* The threshold for accepting new pages after the max_pool_percent was hit */
121 static unsigned int zswap_accept_thr_percent = 90; /* of max pool size */
122 module_param_named(accept_threshold_percent, zswap_accept_thr_percent,
123                    uint, 0644);
124
125 /* Enable/disable memory pressure-based shrinker. */
126 static bool zswap_shrinker_enabled = IS_ENABLED(
127                 CONFIG_ZSWAP_SHRINKER_DEFAULT_ON);
128 module_param_named(shrinker_enabled, zswap_shrinker_enabled, bool, 0644);
129
130 bool zswap_is_enabled(void)
131 {
132         return zswap_enabled;
133 }
134
135 bool zswap_never_enabled(void)
136 {
137         return !static_branch_maybe(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, &zswap_ever_enabled);
138 }
139
140 /*********************************
141 * data structures
142 **********************************/
143
144 struct crypto_acomp_ctx {
145         struct crypto_acomp *acomp;
146         struct acomp_req *req;
147         struct crypto_wait wait;
148         u8 *buffer;
149         struct mutex mutex;
150         bool is_sleepable;
151 };
152
153 /*
154  * The lock ordering is zswap_tree.lock -> zswap_pool.lru_lock.
155  * The only case where lru_lock is not acquired while holding tree.lock is
156  * when a zswap_entry is taken off the lru for writeback, in that case it
157  * needs to be verified that it's still valid in the tree.
158  */
159 struct zswap_pool {
160         struct zpool *zpool;
161         struct crypto_acomp_ctx __percpu *acomp_ctx;
162         struct percpu_ref ref;
163         struct list_head list;
164         struct work_struct release_work;
165         struct hlist_node node;
166         char tfm_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
167 };
168
169 /* Global LRU lists shared by all zswap pools. */
170 static struct list_lru zswap_list_lru;
171
172 /* The lock protects zswap_next_shrink updates. */
173 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_shrink_lock);
174 static struct mem_cgroup *zswap_next_shrink;
175 static struct work_struct zswap_shrink_work;
176 static struct shrinker *zswap_shrinker;
177
178 /*
179  * struct zswap_entry
180  *
181  * This structure contains the metadata for tracking a single compressed
182  * page within zswap.
183  *
184  * swpentry - associated swap entry, the offset indexes into the red-black tree
185  * length - the length in bytes of the compressed page data.  Needed during
186  *          decompression.
187  * referenced - true if the entry recently entered the zswap pool. Unset by the
188  *              writeback logic. The entry is only reclaimed by the writeback
189  *              logic if referenced is unset. See comments in the shrinker
190  *              section for context.
191  * pool - the zswap_pool the entry's data is in
192  * handle - zpool allocation handle that stores the compressed page data
193  * objcg - the obj_cgroup that the compressed memory is charged to
194  * lru - handle to the pool's lru used to evict pages.
195  */
196 struct zswap_entry {
197         swp_entry_t swpentry;
198         unsigned int length;
199         bool referenced;
200         struct zswap_pool *pool;
201         unsigned long handle;
202         struct obj_cgroup *objcg;
203         struct list_head lru;
204 };
205
206 static struct xarray *zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
207 static unsigned int nr_zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
208
209 /* RCU-protected iteration */
210 static LIST_HEAD(zswap_pools);
211 /* protects zswap_pools list modification */
212 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_pools_lock);
213 /* pool counter to provide unique names to zpool */
214 static atomic_t zswap_pools_count = ATOMIC_INIT(0);
215
216 enum zswap_init_type {
217         ZSWAP_UNINIT,
218         ZSWAP_INIT_SUCCEED,
219         ZSWAP_INIT_FAILED
220 };
221
222 static enum zswap_init_type zswap_init_state;
223
224 /* used to ensure the integrity of initialization */
225 static DEFINE_MUTEX(zswap_init_lock);
226
227 /* init completed, but couldn't create the initial pool */
228 static bool zswap_has_pool;
229
230 /*********************************
231 * helpers and fwd declarations
232 **********************************/
233
234 static inline struct xarray *swap_zswap_tree(swp_entry_t swp)
235 {
236         return &zswap_trees[swp_type(swp)][swp_offset(swp)
237                 >> SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT];
238 }
239
240 #define zswap_pool_debug(msg, p)                                \
241         pr_debug("%s pool %s/%s\n", msg, (p)->tfm_name,         \
242                  zpool_get_type((p)->zpool))
243
244 /*********************************
245 * pool functions
246 **********************************/
247 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref);
248
249 static struct zswap_pool *zswap_pool_create(char *type, char *compressor)
250 {
251         struct zswap_pool *pool;
252         char name[38]; /* 'zswap' + 32 char (max) num + \0 */
253         gfp_t gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
254         int ret;
255
256         if (!zswap_has_pool) {
257                 /* if either are unset, pool initialization failed, and we
258                  * need both params to be set correctly before trying to
259                  * create a pool.
260                  */
261                 if (!strcmp(type, ZSWAP_PARAM_UNSET))
262                         return NULL;
263                 if (!strcmp(compressor, ZSWAP_PARAM_UNSET))
264                         return NULL;
265         }
266
267         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
268         if (!pool)
269                 return NULL;
270
271         /* unique name for each pool specifically required by zsmalloc */
272         snprintf(name, 38, "zswap%x", atomic_inc_return(&zswap_pools_count));
273         pool->zpool = zpool_create_pool(type, name, gfp);
274         if (!pool->zpool) {
275                 pr_err("%s zpool not available\n", type);
276                 goto error;
277         }
278         pr_debug("using %s zpool\n", zpool_get_type(pool->zpool));
279
280         strscpy(pool->tfm_name, compressor, sizeof(pool->tfm_name));
281
282         pool->acomp_ctx = alloc_percpu(*pool->acomp_ctx);
283         if (!pool->acomp_ctx) {
284                 pr_err("percpu alloc failed\n");
285                 goto error;
286         }
287
288         ret = cpuhp_state_add_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
289                                        &pool->node);
290         if (ret)
291                 goto error;
292
293         /* being the current pool takes 1 ref; this func expects the
294          * caller to always add the new pool as the current pool
295          */
296         ret = percpu_ref_init(&pool->ref, __zswap_pool_empty,
297                               PERCPU_REF_ALLOW_REINIT, GFP_KERNEL);
298         if (ret)
299                 goto ref_fail;
300         INIT_LIST_HEAD(&pool->list);
301
302         zswap_pool_debug("created", pool);
303
304         return pool;
305
306 ref_fail:
307         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
308 error:
309         if (pool->acomp_ctx)
310                 free_percpu(pool->acomp_ctx);
311         if (pool->zpool)
312                 zpool_destroy_pool(pool->zpool);
313         kfree(pool);
314         return NULL;
315 }
316
317 static struct zswap_pool *__zswap_pool_create_fallback(void)
318 {
319         bool has_comp, has_zpool;
320
321         has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
322         if (!has_comp && strcmp(zswap_compressor,
323                                 CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT)) {
324                 pr_err("compressor %s not available, using default %s\n",
325                        zswap_compressor, CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT);
326                 param_free_charp(&zswap_compressor);
327                 zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
328                 has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
329         }
330         if (!has_comp) {
331                 pr_err("default compressor %s not available\n",
332                        zswap_compressor);
333                 param_free_charp(&zswap_compressor);
334                 zswap_compressor = ZSWAP_PARAM_UNSET;
335         }
336
337         has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
338         if (!has_zpool && strcmp(zswap_zpool_type,
339                                  CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT)) {
340                 pr_err("zpool %s not available, using default %s\n",
341                        zswap_zpool_type, CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT);
342                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
343                 zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
344                 has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
345         }
346         if (!has_zpool) {
347                 pr_err("default zpool %s not available\n",
348                        zswap_zpool_type);
349                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
350                 zswap_zpool_type = ZSWAP_PARAM_UNSET;
351         }
352
353         if (!has_comp || !has_zpool)
354                 return NULL;
355
356         return zswap_pool_create(zswap_zpool_type, zswap_compressor);
357 }
358
359 static void zswap_pool_destroy(struct zswap_pool *pool)
360 {
361         zswap_pool_debug("destroying", pool);
362
363         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
364         free_percpu(pool->acomp_ctx);
365
366         zpool_destroy_pool(pool->zpool);
367         kfree(pool);
368 }
369
370 static void __zswap_pool_release(struct work_struct *work)
371 {
372         struct zswap_pool *pool = container_of(work, typeof(*pool),
373                                                 release_work);
374
375         synchronize_rcu();
376
377         /* nobody should have been able to get a ref... */
378         WARN_ON(!percpu_ref_is_zero(&pool->ref));
379         percpu_ref_exit(&pool->ref);
380
381         /* pool is now off zswap_pools list and has no references. */
382         zswap_pool_destroy(pool);
383 }
384
385 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void);
386
387 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref)
388 {
389         struct zswap_pool *pool;
390
391         pool = container_of(ref, typeof(*pool), ref);
392
393         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
394
395         WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
396
397         list_del_rcu(&pool->list);
398
399         INIT_WORK(&pool->release_work, __zswap_pool_release);
400         schedule_work(&pool->release_work);
401
402         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
403 }
404
405 static int __must_check zswap_pool_tryget(struct zswap_pool *pool)
406 {
407         if (!pool)
408                 return 0;
409
410         return percpu_ref_tryget(&pool->ref);
411 }
412
413 /* The caller must already have a reference. */
414 static void zswap_pool_get(struct zswap_pool *pool)
415 {
416         percpu_ref_get(&pool->ref);
417 }
418
419 static void zswap_pool_put(struct zswap_pool *pool)
420 {
421         percpu_ref_put(&pool->ref);
422 }
423
424 static struct zswap_pool *__zswap_pool_current(void)
425 {
426         struct zswap_pool *pool;
427
428         pool = list_first_or_null_rcu(&zswap_pools, typeof(*pool), list);
429         WARN_ONCE(!pool && zswap_has_pool,
430                   "%s: no page storage pool!\n", __func__);
431
432         return pool;
433 }
434
435 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void)
436 {
437         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
438
439         return __zswap_pool_current();
440 }
441
442 static struct zswap_pool *zswap_pool_current_get(void)
443 {
444         struct zswap_pool *pool;
445
446         rcu_read_lock();
447
448         pool = __zswap_pool_current();
449         if (!zswap_pool_tryget(pool))
450                 pool = NULL;
451
452         rcu_read_unlock();
453
454         return pool;
455 }
456
457 /* type and compressor must be null-terminated */
458 static struct zswap_pool *zswap_pool_find_get(char *type, char *compressor)
459 {
460         struct zswap_pool *pool;
461
462         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
463
464         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list) {
465                 if (strcmp(pool->tfm_name, compressor))
466                         continue;
467                 if (strcmp(zpool_get_type(pool->zpool), type))
468                         continue;
469                 /* if we can't get it, it's about to be destroyed */
470                 if (!zswap_pool_tryget(pool))
471                         continue;
472                 return pool;
473         }
474
475         return NULL;
476 }
477
478 static unsigned long zswap_max_pages(void)
479 {
480         return totalram_pages() * zswap_max_pool_percent / 100;
481 }
482
483 static unsigned long zswap_accept_thr_pages(void)
484 {
485         return zswap_max_pages() * zswap_accept_thr_percent / 100;
486 }
487
488 unsigned long zswap_total_pages(void)
489 {
490         struct zswap_pool *pool;
491         unsigned long total = 0;
492
493         rcu_read_lock();
494         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list)
495                 total += zpool_get_total_pages(pool->zpool);
496         rcu_read_unlock();
497
498         return total;
499 }
500
501 static bool zswap_check_limits(void)
502 {
503         unsigned long cur_pages = zswap_total_pages();
504         unsigned long max_pages = zswap_max_pages();
505
506         if (cur_pages >= max_pages) {
507                 zswap_pool_limit_hit++;
508                 zswap_pool_reached_full = true;
509         } else if (zswap_pool_reached_full &&
510                    cur_pages <= zswap_accept_thr_pages()) {
511                         zswap_pool_reached_full = false;
512         }
513         return zswap_pool_reached_full;
514 }
515
516 /*********************************
517 * param callbacks
518 **********************************/
519
520 static bool zswap_pool_changed(const char *s, const struct kernel_param *kp)
521 {
522         /* no change required */
523         if (!strcmp(s, *(char **)kp->arg) && zswap_has_pool)
524                 return false;
525         return true;
526 }
527
528 /* val must be a null-terminated string */
529 static int __zswap_param_set(const char *val, const struct kernel_param *kp,
530                              char *type, char *compressor)
531 {
532         struct zswap_pool *pool, *put_pool = NULL;
533         char *s = strstrip((char *)val);
534         int ret = 0;
535         bool new_pool = false;
536
537         mutex_lock(&zswap_init_lock);
538         switch (zswap_init_state) {
539         case ZSWAP_UNINIT:
540                 /* if this is load-time (pre-init) param setting,
541                  * don't create a pool; that's done during init.
542                  */
543                 ret = param_set_charp(s, kp);
544                 break;
545         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
546                 new_pool = zswap_pool_changed(s, kp);
547                 break;
548         case ZSWAP_INIT_FAILED:
549                 pr_err("can't set param, initialization failed\n");
550                 ret = -ENODEV;
551         }
552         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
553
554         /* no need to create a new pool, return directly */
555         if (!new_pool)
556                 return ret;
557
558         if (!type) {
559                 if (!zpool_has_pool(s)) {
560                         pr_err("zpool %s not available\n", s);
561                         return -ENOENT;
562                 }
563                 type = s;
564         } else if (!compressor) {
565                 if (!crypto_has_acomp(s, 0, 0)) {
566                         pr_err("compressor %s not available\n", s);
567                         return -ENOENT;
568                 }
569                 compressor = s;
570         } else {
571                 WARN_ON(1);
572                 return -EINVAL;
573         }
574
575         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
576
577         pool = zswap_pool_find_get(type, compressor);
578         if (pool) {
579                 zswap_pool_debug("using existing", pool);
580                 WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
581                 list_del_rcu(&pool->list);
582         }
583
584         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
585
586         if (!pool)
587                 pool = zswap_pool_create(type, compressor);
588         else {
589                 /*
590                  * Restore the initial ref dropped by percpu_ref_kill()
591                  * when the pool was decommissioned and switch it again
592                  * to percpu mode.
593                  */
594                 percpu_ref_resurrect(&pool->ref);
595
596                 /* Drop the ref from zswap_pool_find_get(). */
597                 zswap_pool_put(pool);
598         }
599
600         if (pool)
601                 ret = param_set_charp(s, kp);
602         else
603                 ret = -EINVAL;
604
605         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
606
607         if (!ret) {
608                 put_pool = zswap_pool_current();
609                 list_add_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
610                 zswap_has_pool = true;
611         } else if (pool) {
612                 /* add the possibly pre-existing pool to the end of the pools
613                  * list; if it's new (and empty) then it'll be removed and
614                  * destroyed by the put after we drop the lock
615                  */
616                 list_add_tail_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
617                 put_pool = pool;
618         }
619
620         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
621
622         if (!zswap_has_pool && !pool) {
623                 /* if initial pool creation failed, and this pool creation also
624                  * failed, maybe both compressor and zpool params were bad.
625                  * Allow changing this param, so pool creation will succeed
626                  * when the other param is changed. We already verified this
627                  * param is ok in the zpool_has_pool() or crypto_has_acomp()
628                  * checks above.
629                  */
630                 ret = param_set_charp(s, kp);
631         }
632
633         /* drop the ref from either the old current pool,
634          * or the new pool we failed to add
635          */
636         if (put_pool)
637                 percpu_ref_kill(&put_pool->ref);
638
639         return ret;
640 }
641
642 static int zswap_compressor_param_set(const char *val,
643                                       const struct kernel_param *kp)
644 {
645         return __zswap_param_set(val, kp, zswap_zpool_type, NULL);
646 }
647
648 static int zswap_zpool_param_set(const char *val,
649                                  const struct kernel_param *kp)
650 {
651         return __zswap_param_set(val, kp, NULL, zswap_compressor);
652 }
653
654 static int zswap_enabled_param_set(const char *val,
655                                    const struct kernel_param *kp)
656 {
657         int ret = -ENODEV;
658
659         /* if this is load-time (pre-init) param setting, only set param. */
660         if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
661                 return param_set_bool(val, kp);
662
663         mutex_lock(&zswap_init_lock);
664         switch (zswap_init_state) {
665         case ZSWAP_UNINIT:
666                 if (zswap_setup())
667                         break;
668                 fallthrough;
669         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
670                 if (!zswap_has_pool)
671                         pr_err("can't enable, no pool configured\n");
672                 else
673                         ret = param_set_bool(val, kp);
674                 break;
675         case ZSWAP_INIT_FAILED:
676                 pr_err("can't enable, initialization failed\n");
677         }
678         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
679
680         return ret;
681 }
682
683 /*********************************
684 * lru functions
685 **********************************/
686
687 /* should be called under RCU */
688 #ifdef CONFIG_MEMCG
689 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
690 {
691         return entry->objcg ? obj_cgroup_memcg(entry->objcg) : NULL;
692 }
693 #else
694 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
695 {
696         return NULL;
697 }
698 #endif
699
700 static inline int entry_to_nid(struct zswap_entry *entry)
701 {
702         return page_to_nid(virt_to_page(entry));
703 }
704
705 static void zswap_lru_add(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
706 {
707         int nid = entry_to_nid(entry);
708         struct mem_cgroup *memcg;
709
710         /*
711          * Note that it is safe to use rcu_read_lock() here, even in the face of
712          * concurrent memcg offlining:
713          *
714          * 1. list_lru_add() is called before list_lru_one is dead. The
715          *    new entry will be reparented to memcg's parent's list_lru.
716          * 2. list_lru_add() is called after list_lru_one is dead. The
717          *    new entry will be added directly to memcg's parent's list_lru.
718          *
719          * Similar reasoning holds for list_lru_del().
720          */
721         rcu_read_lock();
722         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
723         /* will always succeed */
724         list_lru_add(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
725         rcu_read_unlock();
726 }
727
728 static void zswap_lru_del(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
729 {
730         int nid = entry_to_nid(entry);
731         struct mem_cgroup *memcg;
732
733         rcu_read_lock();
734         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
735         /* will always succeed */
736         list_lru_del(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
737         rcu_read_unlock();
738 }
739
740 void zswap_lruvec_state_init(struct lruvec *lruvec)
741 {
742         atomic_long_set(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins, 0);
743 }
744
745 void zswap_folio_swapin(struct folio *folio)
746 {
747         struct lruvec *lruvec;
748
749         if (folio) {
750                 lruvec = folio_lruvec(folio);
751                 atomic_long_inc(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins);
752         }
753 }
754
755 /*
756  * This function should be called when a memcg is being offlined.
757  *
758  * Since the global shrinker shrink_worker() may hold a reference
759  * of the memcg, we must check and release the reference in
760  * zswap_next_shrink.
761  *
762  * shrink_worker() must handle the case where this function releases
763  * the reference of memcg being shrunk.
764  */
765 void zswap_memcg_offline_cleanup(struct mem_cgroup *memcg)
766 {
767         /* lock out zswap shrinker walking memcg tree */
768         spin_lock(&zswap_shrink_lock);
769         if (zswap_next_shrink == memcg) {
770                 do {
771                         zswap_next_shrink = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
772                 } while (zswap_next_shrink && !mem_cgroup_online(zswap_next_shrink));
773         }
774         spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
775 }
776
777 /*********************************
778 * zswap entry functions
779 **********************************/
780 static struct kmem_cache *zswap_entry_cache;
781
782 static struct zswap_entry *zswap_entry_cache_alloc(gfp_t gfp, int nid)
783 {
784         struct zswap_entry *entry;
785         entry = kmem_cache_alloc_node(zswap_entry_cache, gfp, nid);
786         if (!entry)
787                 return NULL;
788         return entry;
789 }
790
791 static void zswap_entry_cache_free(struct zswap_entry *entry)
792 {
793         kmem_cache_free(zswap_entry_cache, entry);
794 }
795
796 /*
797  * Carries out the common pattern of freeing and entry's zpool allocation,
798  * freeing the entry itself, and decrementing the number of stored pages.
799  */
800 static void zswap_entry_free(struct zswap_entry *entry)
801 {
802         zswap_lru_del(&zswap_list_lru, entry);
803         zpool_free(entry->pool->zpool, entry->handle);
804         zswap_pool_put(entry->pool);
805         if (entry->objcg) {
806                 obj_cgroup_uncharge_zswap(entry->objcg, entry->length);
807                 obj_cgroup_put(entry->objcg);
808         }
809         zswap_entry_cache_free(entry);
810         atomic_long_dec(&zswap_stored_pages);
811 }
812
813 /*********************************
814 * compressed storage functions
815 **********************************/
816 static int zswap_cpu_comp_prepare(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
817 {
818         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
819         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
820         struct crypto_acomp *acomp;
821         struct acomp_req *req;
822         int ret;
823
824         mutex_init(&acomp_ctx->mutex);
825
826         acomp_ctx->buffer = kmalloc_node(PAGE_SIZE * 2, GFP_KERNEL, cpu_to_node(cpu));
827         if (!acomp_ctx->buffer)
828                 return -ENOMEM;
829
830         acomp = crypto_alloc_acomp_node(pool->tfm_name, 0, 0, cpu_to_node(cpu));
831         if (IS_ERR(acomp)) {
832                 pr_err("could not alloc crypto acomp %s : %ld\n",
833                                 pool->tfm_name, PTR_ERR(acomp));
834                 ret = PTR_ERR(acomp);
835                 goto acomp_fail;
836         }
837         acomp_ctx->acomp = acomp;
838         acomp_ctx->is_sleepable = acomp_is_async(acomp);
839
840         req = acomp_request_alloc(acomp_ctx->acomp);
841         if (!req) {
842                 pr_err("could not alloc crypto acomp_request %s\n",
843                        pool->tfm_name);
844                 ret = -ENOMEM;
845                 goto req_fail;
846         }
847         acomp_ctx->req = req;
848
849         crypto_init_wait(&acomp_ctx->wait);
850         /*
851          * if the backend of acomp is async zip, crypto_req_done() will wakeup
852          * crypto_wait_req(); if the backend of acomp is scomp, the callback
853          * won't be called, crypto_wait_req() will return without blocking.
854          */
855         acomp_request_set_callback(req, CRYPTO_TFM_REQ_MAY_BACKLOG,
856                                    crypto_req_done, &acomp_ctx->wait);
857
858         return 0;
859
860 req_fail:
861         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
862 acomp_fail:
863         kfree(acomp_ctx->buffer);
864         return ret;
865 }
866
867 static int zswap_cpu_comp_dead(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
868 {
869         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
870         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
871
872         if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx)) {
873                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->req))
874                         acomp_request_free(acomp_ctx->req);
875                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->acomp))
876                         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
877                 kfree(acomp_ctx->buffer);
878         }
879
880         return 0;
881 }
882
883 /* Prevent CPU hotplug from freeing up the per-CPU acomp_ctx resources */
884 static struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx_get_cpu(struct crypto_acomp_ctx __percpu *acomp_ctx)
885 {
886         cpus_read_lock();
887         return raw_cpu_ptr(acomp_ctx);
888 }
889
890 static void acomp_ctx_put_cpu(void)
891 {
892         cpus_read_unlock();
893 }
894
895 static bool zswap_compress(struct page *page, struct zswap_entry *entry,
896                            struct zswap_pool *pool)
897 {
898         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
899         struct scatterlist input, output;
900         int comp_ret = 0, alloc_ret = 0;
901         unsigned int dlen = PAGE_SIZE;
902         unsigned long handle;
903         struct zpool *zpool;
904         char *buf;
905         gfp_t gfp;
906         u8 *dst;
907
908         acomp_ctx = acomp_ctx_get_cpu(pool->acomp_ctx);
909         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
910
911         dst = acomp_ctx->buffer;
912         sg_init_table(&input, 1);
913         sg_set_page(&input, page, PAGE_SIZE, 0);
914
915         /*
916          * We need PAGE_SIZE * 2 here since there maybe over-compression case,
917          * and hardware-accelerators may won't check the dst buffer size, so
918          * giving the dst buffer with enough length to avoid buffer overflow.
919          */
920         sg_init_one(&output, dst, PAGE_SIZE * 2);
921         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, PAGE_SIZE, dlen);
922
923         /*
924          * it maybe looks a little bit silly that we send an asynchronous request,
925          * then wait for its completion synchronously. This makes the process look
926          * synchronous in fact.
927          * Theoretically, acomp supports users send multiple acomp requests in one
928          * acomp instance, then get those requests done simultaneously. but in this
929          * case, zswap actually does store and load page by page, there is no
930          * existing method to send the second page before the first page is done
931          * in one thread doing zwap.
932          * but in different threads running on different cpu, we have different
933          * acomp instance, so multiple threads can do (de)compression in parallel.
934          */
935         comp_ret = crypto_wait_req(crypto_acomp_compress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait);
936         dlen = acomp_ctx->req->dlen;
937         if (comp_ret)
938                 goto unlock;
939
940         zpool = pool->zpool;
941         gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
942         if (zpool_malloc_support_movable(zpool))
943                 gfp |= __GFP_HIGHMEM | __GFP_MOVABLE;
944         alloc_ret = zpool_malloc(zpool, dlen, gfp, &handle);
945         if (alloc_ret)
946                 goto unlock;
947
948         buf = zpool_map_handle(zpool, handle, ZPOOL_MM_WO);
949         memcpy(buf, dst, dlen);
950         zpool_unmap_handle(zpool, handle);
951
952         entry->handle = handle;
953         entry->length = dlen;
954
955 unlock:
956         if (comp_ret == -ENOSPC || alloc_ret == -ENOSPC)
957                 zswap_reject_compress_poor++;
958         else if (comp_ret)
959                 zswap_reject_compress_fail++;
960         else if (alloc_ret)
961                 zswap_reject_alloc_fail++;
962
963         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
964         acomp_ctx_put_cpu();
965         return comp_ret == 0 && alloc_ret == 0;
966 }
967
968 static void zswap_decompress(struct zswap_entry *entry, struct folio *folio)
969 {
970         struct zpool *zpool = entry->pool->zpool;
971         struct scatterlist input, output;
972         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
973         u8 *src;
974
975         acomp_ctx = acomp_ctx_get_cpu(entry->pool->acomp_ctx);
976         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
977
978         src = zpool_map_handle(zpool, entry->handle, ZPOOL_MM_RO);
979         /*
980          * If zpool_map_handle is atomic, we cannot reliably utilize its mapped buffer
981          * to do crypto_acomp_decompress() which might sleep. In such cases, we must
982          * resort to copying the buffer to a temporary one.
983          * Meanwhile, zpool_map_handle() might return a non-linearly mapped buffer,
984          * such as a kmap address of high memory or even ever a vmap address.
985          * However, sg_init_one is only equipped to handle linearly mapped low memory.
986          * In such cases, we also must copy the buffer to a temporary and lowmem one.
987          */
988         if ((acomp_ctx->is_sleepable && !zpool_can_sleep_mapped(zpool)) ||
989             !virt_addr_valid(src)) {
990                 memcpy(acomp_ctx->buffer, src, entry->length);
991                 src = acomp_ctx->buffer;
992                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
993         }
994
995         sg_init_one(&input, src, entry->length);
996         sg_init_table(&output, 1);
997         sg_set_folio(&output, folio, PAGE_SIZE, 0);
998         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, entry->length, PAGE_SIZE);
999         BUG_ON(crypto_wait_req(crypto_acomp_decompress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait));
1000         BUG_ON(acomp_ctx->req->dlen != PAGE_SIZE);
1001         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
1002
1003         if (src != acomp_ctx->buffer)
1004                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
1005         acomp_ctx_put_cpu();
1006 }
1007
1008 /*********************************
1009 * writeback code
1010 **********************************/
1011 /*
1012  * Attempts to free an entry by adding a folio to the swap cache,
1013  * decompressing the entry data into the folio, and issuing a
1014  * bio write to write the folio back to the swap device.
1015  *
1016  * This can be thought of as a "resumed writeback" of the folio
1017  * to the swap device.  We are basically resuming the same swap
1018  * writeback path that was intercepted with the zswap_store()
1019  * in the first place.  After the folio has been decompressed into
1020  * the swap cache, the compressed version stored by zswap can be
1021  * freed.
1022  */
1023 static int zswap_writeback_entry(struct zswap_entry *entry,
1024                                  swp_entry_t swpentry)
1025 {
1026         struct xarray *tree;
1027         pgoff_t offset = swp_offset(swpentry);
1028         struct folio *folio;
1029         struct mempolicy *mpol;
1030         bool folio_was_allocated;
1031         struct writeback_control wbc = {
1032                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1033         };
1034
1035         /* try to allocate swap cache folio */
1036         mpol = get_task_policy(current);
1037         folio = __read_swap_cache_async(swpentry, GFP_KERNEL, mpol,
1038                                 NO_INTERLEAVE_INDEX, &folio_was_allocated, true);
1039         if (!folio)
1040                 return -ENOMEM;
1041
1042         /*
1043          * Found an existing folio, we raced with swapin or concurrent
1044          * shrinker. We generally writeback cold folios from zswap, and
1045          * swapin means the folio just became hot, so skip this folio.
1046          * For unlikely concurrent shrinker case, it will be unlinked
1047          * and freed when invalidated by the concurrent shrinker anyway.
1048          */
1049         if (!folio_was_allocated) {
1050                 folio_put(folio);
1051                 return -EEXIST;
1052         }
1053
1054         /*
1055          * folio is locked, and the swapcache is now secured against
1056          * concurrent swapping to and from the slot, and concurrent
1057          * swapoff so we can safely dereference the zswap tree here.
1058          * Verify that the swap entry hasn't been invalidated and recycled
1059          * behind our backs, to avoid overwriting a new swap folio with
1060          * old compressed data. Only when this is successful can the entry
1061          * be dereferenced.
1062          */
1063         tree = swap_zswap_tree(swpentry);
1064         if (entry != xa_cmpxchg(tree, offset, entry, NULL, GFP_KERNEL)) {
1065                 delete_from_swap_cache(folio);
1066                 folio_unlock(folio);
1067                 folio_put(folio);
1068                 return -ENOMEM;
1069         }
1070
1071         zswap_decompress(entry, folio);
1072
1073         count_vm_event(ZSWPWB);
1074         if (entry->objcg)
1075                 count_objcg_events(entry->objcg, ZSWPWB, 1);
1076
1077         zswap_entry_free(entry);
1078
1079         /* folio is up to date */
1080         folio_mark_uptodate(folio);
1081
1082         /* move it to the tail of the inactive list after end_writeback */
1083         folio_set_reclaim(folio);
1084
1085         /* start writeback */
1086         __swap_writepage(folio, &wbc);
1087         folio_put(folio);
1088
1089         return 0;
1090 }
1091
1092 /*********************************
1093 * shrinker functions
1094 **********************************/
1095 /*
1096  * The dynamic shrinker is modulated by the following factors:
1097  *
1098  * 1. Each zswap entry has a referenced bit, which the shrinker unsets (giving
1099  *    the entry a second chance) before rotating it in the LRU list. If the
1100  *    entry is considered again by the shrinker, with its referenced bit unset,
1101  *    it is written back. The writeback rate as a result is dynamically
1102  *    adjusted by the pool activities - if the pool is dominated by new entries
1103  *    (i.e lots of recent zswapouts), these entries will be protected and
1104  *    the writeback rate will slow down. On the other hand, if the pool has a
1105  *    lot of stagnant entries, these entries will be reclaimed immediately,
1106  *    effectively increasing the writeback rate.
1107  *
1108  * 2. Swapins counter: If we observe swapins, it is a sign that we are
1109  *    overshrinking and should slow down. We maintain a swapins counter, which
1110  *    is consumed and subtract from the number of eligible objects on the LRU
1111  *    in zswap_shrinker_count().
1112  *
1113  * 3. Compression ratio. The better the workload compresses, the less gains we
1114  *    can expect from writeback. We scale down the number of objects available
1115  *    for reclaim by this ratio.
1116  */
1117 static enum lru_status shrink_memcg_cb(struct list_head *item, struct list_lru_one *l,
1118                                        void *arg)
1119 {
1120         struct zswap_entry *entry = container_of(item, struct zswap_entry, lru);
1121         bool *encountered_page_in_swapcache = (bool *)arg;
1122         swp_entry_t swpentry;
1123         enum lru_status ret = LRU_REMOVED_RETRY;
1124         int writeback_result;
1125
1126         /*
1127          * Second chance algorithm: if the entry has its referenced bit set, give it
1128          * a second chance. Only clear the referenced bit and rotate it in the
1129          * zswap's LRU list.
1130          */
1131         if (entry->referenced) {
1132                 entry->referenced = false;
1133                 return LRU_ROTATE;
1134         }
1135
1136         /*
1137          * As soon as we drop the LRU lock, the entry can be freed by
1138          * a concurrent invalidation. This means the following:
1139          *
1140          * 1. We extract the swp_entry_t to the stack, allowing
1141          *    zswap_writeback_entry() to pin the swap entry and
1142          *    then validate the zwap entry against that swap entry's
1143          *    tree using pointer value comparison. Only when that
1144          *    is successful can the entry be dereferenced.
1145          *
1146          * 2. Usually, objects are taken off the LRU for reclaim. In
1147          *    this case this isn't possible, because if reclaim fails
1148          *    for whatever reason, we have no means of knowing if the
1149          *    entry is alive to put it back on the LRU.
1150          *
1151          *    So rotate it before dropping the lock. If the entry is
1152          *    written back or invalidated, the free path will unlink
1153          *    it. For failures, rotation is the right thing as well.
1154          *
1155          *    Temporary failures, where the same entry should be tried
1156          *    again immediately, almost never happen for this shrinker.
1157          *    We don't do any trylocking; -ENOMEM comes closest,
1158          *    but that's extremely rare and doesn't happen spuriously
1159          *    either. Don't bother distinguishing this case.
1160          */
1161         list_move_tail(item, &l->list);
1162
1163         /*
1164          * Once the lru lock is dropped, the entry might get freed. The
1165          * swpentry is copied to the stack, and entry isn't deref'd again
1166          * until the entry is verified to still be alive in the tree.
1167          */
1168         swpentry = entry->swpentry;
1169
1170         /*
1171          * It's safe to drop the lock here because we return either
1172          * LRU_REMOVED_RETRY or LRU_RETRY.
1173          */
1174         spin_unlock(&l->lock);
1175
1176         writeback_result = zswap_writeback_entry(entry, swpentry);
1177
1178         if (writeback_result) {
1179                 zswap_reject_reclaim_fail++;
1180                 ret = LRU_RETRY;
1181
1182                 /*
1183                  * Encountering a page already in swap cache is a sign that we are shrinking
1184                  * into the warmer region. We should terminate shrinking (if we're in the dynamic
1185                  * shrinker context).
1186                  */
1187                 if (writeback_result == -EEXIST && encountered_page_in_swapcache) {
1188                         ret = LRU_STOP;
1189                         *encountered_page_in_swapcache = true;
1190                 }
1191         } else {
1192                 zswap_written_back_pages++;
1193         }
1194
1195         return ret;
1196 }
1197
1198 static unsigned long zswap_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
1199                 struct shrink_control *sc)
1200 {
1201         unsigned long shrink_ret;
1202         bool encountered_page_in_swapcache = false;
1203
1204         if (!zswap_shrinker_enabled ||
1205                         !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(sc->memcg)) {
1206                 sc->nr_scanned = 0;
1207                 return SHRINK_STOP;
1208         }
1209
1210         shrink_ret = list_lru_shrink_walk(&zswap_list_lru, sc, &shrink_memcg_cb,
1211                 &encountered_page_in_swapcache);
1212
1213         if (encountered_page_in_swapcache)
1214                 return SHRINK_STOP;
1215
1216         return shrink_ret ? shrink_ret : SHRINK_STOP;
1217 }
1218
1219 static unsigned long zswap_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
1220                 struct shrink_control *sc)
1221 {
1222         struct mem_cgroup *memcg = sc->memcg;
1223         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, NODE_DATA(sc->nid));
1224         atomic_long_t *nr_disk_swapins =
1225                 &lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins;
1226         unsigned long nr_backing, nr_stored, nr_freeable, nr_disk_swapins_cur,
1227                 nr_remain;
1228
1229         if (!zswap_shrinker_enabled || !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1230                 return 0;
1231
1232         /*
1233          * The shrinker resumes swap writeback, which will enter block
1234          * and may enter fs. XXX: Harmonize with vmscan.c __GFP_FS
1235          * rules (may_enter_fs()), which apply on a per-folio basis.
1236          */
1237         if (!gfp_has_io_fs(sc->gfp_mask))
1238                 return 0;
1239
1240         /*
1241          * For memcg, use the cgroup-wide ZSWAP stats since we don't
1242          * have them per-node and thus per-lruvec. Careful if memcg is
1243          * runtime-disabled: we can get sc->memcg == NULL, which is ok
1244          * for the lruvec, but not for memcg_page_state().
1245          *
1246          * Without memcg, use the zswap pool-wide metrics.
1247          */
1248         if (!mem_cgroup_disabled()) {
1249                 mem_cgroup_flush_stats(memcg);
1250                 nr_backing = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAP_B) >> PAGE_SHIFT;
1251                 nr_stored = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAPPED);
1252         } else {
1253                 nr_backing = zswap_total_pages();
1254                 nr_stored = atomic_long_read(&zswap_stored_pages);
1255         }
1256
1257         if (!nr_stored)
1258                 return 0;
1259
1260         nr_freeable = list_lru_shrink_count(&zswap_list_lru, sc);
1261         if (!nr_freeable)
1262                 return 0;
1263
1264         /*
1265          * Subtract from the lru size the number of pages that are recently swapped
1266          * in from disk. The idea is that had we protect the zswap's LRU by this
1267          * amount of pages, these disk swapins would not have happened.
1268          */
1269         nr_disk_swapins_cur = atomic_long_read(nr_disk_swapins);
1270         do {
1271                 if (nr_freeable >= nr_disk_swapins_cur)
1272                         nr_remain = 0;
1273                 else
1274                         nr_remain = nr_disk_swapins_cur - nr_freeable;
1275         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(
1276                 nr_disk_swapins, &nr_disk_swapins_cur, nr_remain));
1277
1278         nr_freeable -= nr_disk_swapins_cur - nr_remain;
1279         if (!nr_freeable)
1280                 return 0;
1281
1282         /*
1283          * Scale the number of freeable pages by the memory saving factor.
1284          * This ensures that the better zswap compresses memory, the fewer
1285          * pages we will evict to swap (as it will otherwise incur IO for
1286          * relatively small memory saving).
1287          */
1288         return mult_frac(nr_freeable, nr_backing, nr_stored);
1289 }
1290
1291 static struct shrinker *zswap_alloc_shrinker(void)
1292 {
1293         struct shrinker *shrinker;
1294
1295         shrinker =
1296                 shrinker_alloc(SHRINKER_NUMA_AWARE | SHRINKER_MEMCG_AWARE, "mm-zswap");
1297         if (!shrinker)
1298                 return NULL;
1299
1300         shrinker->scan_objects = zswap_shrinker_scan;
1301         shrinker->count_objects = zswap_shrinker_count;
1302         shrinker->batch = 0;
1303         shrinker->seeks = DEFAULT_SEEKS;
1304         return shrinker;
1305 }
1306
1307 static int shrink_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
1308 {
1309         int nid, shrunk = 0, scanned = 0;
1310
1311         if (!mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1312                 return -ENOENT;
1313
1314         /*
1315          * Skip zombies because their LRUs are reparented and we would be
1316          * reclaiming from the parent instead of the dead memcg.
1317          */
1318         if (memcg && !mem_cgroup_online(memcg))
1319                 return -ENOENT;
1320
1321         for_each_node_state(nid, N_NORMAL_MEMORY) {
1322                 unsigned long nr_to_walk = 1;
1323
1324                 shrunk += list_lru_walk_one(&zswap_list_lru, nid, memcg,
1325                                             &shrink_memcg_cb, NULL, &nr_to_walk);
1326                 scanned += 1 - nr_to_walk;
1327         }
1328
1329         if (!scanned)
1330                 return -ENOENT;
1331
1332         return shrunk ? 0 : -EAGAIN;
1333 }
1334
1335 static void shrink_worker(struct work_struct *w)
1336 {
1337         struct mem_cgroup *memcg;
1338         int ret, failures = 0, attempts = 0;
1339         unsigned long thr;
1340
1341         /* Reclaim down to the accept threshold */
1342         thr = zswap_accept_thr_pages();
1343
1344         /*
1345          * Global reclaim will select cgroup in a round-robin fashion from all
1346          * online memcgs, but memcgs that have no pages in zswap and
1347          * writeback-disabled memcgs (memory.zswap.writeback=0) are not
1348          * candidates for shrinking.
1349          *
1350          * Shrinking will be aborted if we encounter the following
1351          * MAX_RECLAIM_RETRIES times:
1352          * - No writeback-candidate memcgs found in a memcg tree walk.
1353          * - Shrinking a writeback-candidate memcg failed.
1354          *
1355          * We save iteration cursor memcg into zswap_next_shrink,
1356          * which can be modified by the offline memcg cleaner
1357          * zswap_memcg_offline_cleanup().
1358          *
1359          * Since the offline cleaner is called only once, we cannot leave an
1360          * offline memcg reference in zswap_next_shrink.
1361          * We can rely on the cleaner only if we get online memcg under lock.
1362          *
1363          * If we get an offline memcg, we cannot determine if the cleaner has
1364          * already been called or will be called later. We must put back the
1365          * reference before returning from this function. Otherwise, the
1366          * offline memcg left in zswap_next_shrink will hold the reference
1367          * until the next run of shrink_worker().
1368          */
1369         do {
1370                 /*
1371                  * Start shrinking from the next memcg after zswap_next_shrink.
1372                  * When the offline cleaner has already advanced the cursor,
1373                  * advancing the cursor here overlooks one memcg, but this
1374                  * should be negligibly rare.
1375                  *
1376                  * If we get an online memcg, keep the extra reference in case
1377                  * the original one obtained by mem_cgroup_iter() is dropped by
1378                  * zswap_memcg_offline_cleanup() while we are shrinking the
1379                  * memcg.
1380                  */
1381                 spin_lock(&zswap_shrink_lock);
1382                 do {
1383                         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
1384                         zswap_next_shrink = memcg;
1385                 } while (memcg && !mem_cgroup_tryget_online(memcg));
1386                 spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
1387
1388                 if (!memcg) {
1389                         /*
1390                          * Continue shrinking without incrementing failures if
1391                          * we found candidate memcgs in the last tree walk.
1392                          */
1393                         if (!attempts && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1394                                 break;
1395
1396                         attempts = 0;
1397                         goto resched;
1398                 }
1399
1400                 ret = shrink_memcg(memcg);
1401                 /* drop the extra reference */
1402                 mem_cgroup_put(memcg);
1403
1404                 /*
1405                  * There are no writeback-candidate pages in the memcg.
1406                  * This is not an issue as long as we can find another memcg
1407                  * with pages in zswap. Skip this without incrementing attempts
1408                  * and failures.
1409                  */
1410                 if (ret == -ENOENT)
1411                         continue;
1412                 ++attempts;
1413
1414                 if (ret && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1415                         break;
1416 resched:
1417                 cond_resched();
1418         } while (zswap_total_pages() > thr);
1419 }
1420
1421 /*********************************
1422 * main API
1423 **********************************/
1424
1425 static ssize_t zswap_store_page(struct page *page,
1426                                 struct obj_cgroup *objcg,
1427                                 struct zswap_pool *pool)
1428 {
1429         swp_entry_t page_swpentry = page_swap_entry(page);
1430         struct zswap_entry *entry, *old;
1431
1432         /* allocate entry */
1433         entry = zswap_entry_cache_alloc(GFP_KERNEL, page_to_nid(page));
1434         if (!entry) {
1435                 zswap_reject_kmemcache_fail++;
1436                 return -EINVAL;
1437         }
1438
1439         if (!zswap_compress(page, entry, pool))
1440                 goto compress_failed;
1441
1442         old = xa_store(swap_zswap_tree(page_swpentry),
1443                        swp_offset(page_swpentry),
1444                        entry, GFP_KERNEL);
1445         if (xa_is_err(old)) {
1446                 int err = xa_err(old);
1447
1448                 WARN_ONCE(err != -ENOMEM, "unexpected xarray error: %d\n", err);
1449                 zswap_reject_alloc_fail++;
1450                 goto store_failed;
1451         }
1452
1453         /*
1454          * We may have had an existing entry that became stale when
1455          * the folio was redirtied and now the new version is being
1456          * swapped out. Get rid of the old.
1457          */
1458         if (old)
1459                 zswap_entry_free(old);
1460
1461         /*
1462          * The entry is successfully compressed and stored in the tree, there is
1463          * no further possibility of failure. Grab refs to the pool and objcg.
1464          * These refs will be dropped by zswap_entry_free() when the entry is
1465          * removed from the tree.
1466          */
1467         zswap_pool_get(pool);
1468         if (objcg)
1469                 obj_cgroup_get(objcg);
1470
1471         /*
1472          * We finish initializing the entry while it's already in xarray.
1473          * This is safe because:
1474          *
1475          * 1. Concurrent stores and invalidations are excluded by folio lock.
1476          *
1477          * 2. Writeback is excluded by the entry not being on the LRU yet.
1478          *    The publishing order matters to prevent writeback from seeing
1479          *    an incoherent entry.
1480          */
1481         entry->pool = pool;
1482         entry->swpentry = page_swpentry;
1483         entry->objcg = objcg;
1484         entry->referenced = true;
1485         if (entry->length) {
1486                 INIT_LIST_HEAD(&entry->lru);
1487                 zswap_lru_add(&zswap_list_lru, entry);
1488         }
1489
1490         return entry->length;
1491
1492 store_failed:
1493         zpool_free(pool->zpool, entry->handle);
1494 compress_failed:
1495         zswap_entry_cache_free(entry);
1496         return -EINVAL;
1497 }
1498
1499 bool zswap_store(struct folio *folio)
1500 {
1501         long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1502         swp_entry_t swp = folio->swap;
1503         struct obj_cgroup *objcg = NULL;
1504         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1505         struct zswap_pool *pool;
1506         size_t compressed_bytes = 0;
1507         bool ret = false;
1508         long index;
1509
1510         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1511         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_swapcache(folio));
1512
1513         if (!zswap_enabled)
1514                 goto check_old;
1515
1516         objcg = get_obj_cgroup_from_folio(folio);
1517         if (objcg && !obj_cgroup_may_zswap(objcg)) {
1518                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1519                 if (shrink_memcg(memcg)) {
1520                         mem_cgroup_put(memcg);
1521                         goto put_objcg;
1522                 }
1523                 mem_cgroup_put(memcg);
1524         }
1525
1526         if (zswap_check_limits())
1527                 goto put_objcg;
1528
1529         pool = zswap_pool_current_get();
1530         if (!pool)
1531                 goto put_objcg;
1532
1533         if (objcg) {
1534                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1535                 if (memcg_list_lru_alloc(memcg, &zswap_list_lru, GFP_KERNEL)) {
1536                         mem_cgroup_put(memcg);
1537                         goto put_pool;
1538                 }
1539                 mem_cgroup_put(memcg);
1540         }
1541
1542         for (index = 0; index < nr_pages; ++index) {
1543                 struct page *page = folio_page(folio, index);
1544                 ssize_t bytes;
1545
1546                 bytes = zswap_store_page(page, objcg, pool);
1547                 if (bytes < 0)
1548                         goto put_pool;
1549                 compressed_bytes += bytes;
1550         }
1551
1552         if (objcg) {
1553                 obj_cgroup_charge_zswap(objcg, compressed_bytes);
1554                 count_objcg_events(objcg, ZSWPOUT, nr_pages);
1555         }
1556
1557         atomic_long_add(nr_pages, &zswap_stored_pages);
1558         count_vm_events(ZSWPOUT, nr_pages);
1559
1560         ret = true;
1561
1562 put_pool:
1563         zswap_pool_put(pool);
1564 put_objcg:
1565         obj_cgroup_put(objcg);
1566         if (!ret && zswap_pool_reached_full)
1567                 queue_work(shrink_wq, &zswap_shrink_work);
1568 check_old:
1569         /*
1570          * If the zswap store fails or zswap is disabled, we must invalidate
1571          * the possibly stale entries which were previously stored at the
1572          * offsets corresponding to each page of the folio. Otherwise,
1573          * writeback could overwrite the new data in the swapfile.
1574          */
1575         if (!ret) {
1576                 unsigned type = swp_type(swp);
1577                 pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1578                 struct zswap_entry *entry;
1579                 struct xarray *tree;
1580
1581                 for (index = 0; index < nr_pages; ++index) {
1582                         tree = swap_zswap_tree(swp_entry(type, offset + index));
1583                         entry = xa_erase(tree, offset + index);
1584                         if (entry)
1585                                 zswap_entry_free(entry);
1586                 }
1587         }
1588
1589         return ret;
1590 }
1591
1592 bool zswap_load(struct folio *folio)
1593 {
1594         swp_entry_t swp = folio->swap;
1595         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1596         bool swapcache = folio_test_swapcache(folio);
1597         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1598         struct zswap_entry *entry;
1599
1600         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1601
1602         if (zswap_never_enabled())
1603                 return false;
1604
1605         /*
1606          * Large folios should not be swapped in while zswap is being used, as
1607          * they are not properly handled. Zswap does not properly load large
1608          * folios, and a large folio may only be partially in zswap.
1609          *
1610          * Return true without marking the folio uptodate so that an IO error is
1611          * emitted (e.g. do_swap_page() will sigbus).
1612          */
1613         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_large(folio)))
1614                 return true;
1615
1616         /*
1617          * When reading into the swapcache, invalidate our entry. The
1618          * swapcache can be the authoritative owner of the page and
1619          * its mappings, and the pressure that results from having two
1620          * in-memory copies outweighs any benefits of caching the
1621          * compression work.
1622          *
1623          * (Most swapins go through the swapcache. The notable
1624          * exception is the singleton fault on SWP_SYNCHRONOUS_IO
1625          * files, which reads into a private page and may free it if
1626          * the fault fails. We remain the primary owner of the entry.)
1627          */
1628         if (swapcache)
1629                 entry = xa_erase(tree, offset);
1630         else
1631                 entry = xa_load(tree, offset);
1632
1633         if (!entry)
1634                 return false;
1635
1636         zswap_decompress(entry, folio);
1637
1638         count_vm_event(ZSWPIN);
1639         if (entry->objcg)
1640                 count_objcg_events(entry->objcg, ZSWPIN, 1);
1641
1642         if (swapcache) {
1643                 zswap_entry_free(entry);
1644                 folio_mark_dirty(folio);
1645         }
1646
1647         folio_mark_uptodate(folio);
1648         return true;
1649 }
1650
1651 void zswap_invalidate(swp_entry_t swp)
1652 {
1653         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1654         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1655         struct zswap_entry *entry;
1656
1657         if (xa_empty(tree))
1658                 return;
1659
1660         entry = xa_erase(tree, offset);
1661         if (entry)
1662                 zswap_entry_free(entry);
1663 }
1664
1665 int zswap_swapon(int type, unsigned long nr_pages)
1666 {
1667         struct xarray *trees, *tree;
1668         unsigned int nr, i;
1669
1670         nr = DIV_ROUND_UP(nr_pages, SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES);
1671         trees = kvcalloc(nr, sizeof(*tree), GFP_KERNEL);
1672         if (!trees) {
1673                 pr_err("alloc failed, zswap disabled for swap type %d\n", type);
1674                 return -ENOMEM;
1675         }
1676
1677         for (i = 0; i < nr; i++)
1678                 xa_init(trees + i);
1679
1680         nr_zswap_trees[type] = nr;
1681         zswap_trees[type] = trees;
1682         return 0;
1683 }
1684
1685 void zswap_swapoff(int type)
1686 {
1687         struct xarray *trees = zswap_trees[type];
1688         unsigned int i;
1689
1690         if (!trees)
1691                 return;
1692
1693         /* try_to_unuse() invalidated all the entries already */
1694         for (i = 0; i < nr_zswap_trees[type]; i++)
1695                 WARN_ON_ONCE(!xa_empty(trees + i));
1696
1697         kvfree(trees);
1698         nr_zswap_trees[type] = 0;
1699         zswap_trees[type] = NULL;
1700 }
1701
1702 /*********************************
1703 * debugfs functions
1704 **********************************/
1705 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1706 #include <linux/debugfs.h>
1707
1708 static struct dentry *zswap_debugfs_root;
1709
1710 static int debugfs_get_total_size(void *data, u64 *val)
1711 {
1712         *val = zswap_total_pages() * PAGE_SIZE;
1713         return 0;
1714 }
1715 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(total_size_fops, debugfs_get_total_size, NULL, "%llu\n");
1716
1717 static int debugfs_get_stored_pages(void *data, u64 *val)
1718 {
1719         *val = atomic_long_read(&zswap_stored_pages);
1720         return 0;
1721 }
1722 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(stored_pages_fops, debugfs_get_stored_pages, NULL, "%llu\n");
1723
1724 static int zswap_debugfs_init(void)
1725 {
1726         if (!debugfs_initialized())
1727                 return -ENODEV;
1728
1729         zswap_debugfs_root = debugfs_create_dir("zswap", NULL);
1730
1731         debugfs_create_u64("pool_limit_hit", 0444,
1732                            zswap_debugfs_root, &zswap_pool_limit_hit);
1733         debugfs_create_u64("reject_reclaim_fail", 0444,
1734                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_reclaim_fail);
1735         debugfs_create_u64("reject_alloc_fail", 0444,
1736                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_alloc_fail);
1737         debugfs_create_u64("reject_kmemcache_fail", 0444,
1738                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_kmemcache_fail);
1739         debugfs_create_u64("reject_compress_fail", 0444,
1740                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_fail);
1741         debugfs_create_u64("reject_compress_poor", 0444,
1742                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_poor);
1743         debugfs_create_u64("written_back_pages", 0444,
1744                            zswap_debugfs_root, &zswap_written_back_pages);
1745         debugfs_create_file("pool_total_size", 0444,
1746                             zswap_debugfs_root, NULL, &total_size_fops);
1747         debugfs_create_file("stored_pages", 0444,
1748                             zswap_debugfs_root, NULL, &stored_pages_fops);
1749
1750         return 0;
1751 }
1752 #else
1753 static int zswap_debugfs_init(void)
1754 {
1755         return 0;
1756 }
1757 #endif
1758
1759 /*********************************
1760 * module init and exit
1761 **********************************/
1762 static int zswap_setup(void)
1763 {
1764         struct zswap_pool *pool;
1765         int ret;
1766
1767         zswap_entry_cache = KMEM_CACHE(zswap_entry, 0);
1768         if (!zswap_entry_cache) {
1769                 pr_err("entry cache creation failed\n");
1770                 goto cache_fail;
1771         }
1772
1773         ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
1774                                       "mm/zswap_pool:prepare",
1775                                       zswap_cpu_comp_prepare,
1776                                       zswap_cpu_comp_dead);
1777         if (ret)
1778                 goto hp_fail;
1779
1780         shrink_wq = alloc_workqueue("zswap-shrink",
1781                         WQ_UNBOUND|WQ_MEM_RECLAIM, 1);
1782         if (!shrink_wq)
1783                 goto shrink_wq_fail;
1784
1785         zswap_shrinker = zswap_alloc_shrinker();
1786         if (!zswap_shrinker)
1787                 goto shrinker_fail;
1788         if (list_lru_init_memcg(&zswap_list_lru, zswap_shrinker))
1789                 goto lru_fail;
1790         shrinker_register(zswap_shrinker);
1791
1792         INIT_WORK(&zswap_shrink_work, shrink_worker);
1793
1794         pool = __zswap_pool_create_fallback();
1795         if (pool) {
1796                 pr_info("loaded using pool %s/%s\n", pool->tfm_name,
1797                         zpool_get_type(pool->zpool));
1798                 list_add(&pool->list, &zswap_pools);
1799                 zswap_has_pool = true;
1800                 static_branch_enable(&zswap_ever_enabled);
1801         } else {
1802                 pr_err("pool creation failed\n");
1803                 zswap_enabled = false;
1804         }
1805
1806         if (zswap_debugfs_init())
1807                 pr_warn("debugfs initialization failed\n");
1808         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_SUCCEED;
1809         return 0;
1810
1811 lru_fail:
1812         shrinker_free(zswap_shrinker);
1813 shrinker_fail:
1814         destroy_workqueue(shrink_wq);
1815 shrink_wq_fail:
1816         cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE);
1817 hp_fail:
1818         kmem_cache_destroy(zswap_entry_cache);
1819 cache_fail:
1820         /* if built-in, we aren't unloaded on failure; don't allow use */
1821         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_FAILED;
1822         zswap_enabled = false;
1823         return -ENOMEM;
1824 }
1825
1826 static int __init zswap_init(void)
1827 {
1828         if (!zswap_enabled)
1829                 return 0;
1830         return zswap_setup();
1831 }
1832 /* must be late so crypto has time to come up */
1833 late_initcall(zswap_init);
1834
1835 MODULE_AUTHOR("Seth Jennings <[email protected]>");
1836 MODULE_DESCRIPTION("Compressed cache for swap pages");
This page took 0.124762 seconds and 4 git commands to generate.