]> Git Repo - linux.git/blob - mm/vmscan.c
net/mlx5: Kconfig: Make tc offload depend on tc skb extension
[linux.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar ([email protected]).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/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 buffer_heads_over_limit */
30 #include <linux/mm_inline.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/rmap.h>
33 #include <linux/topology.h>
34 #include <linux/cpu.h>
35 #include <linux/cpuset.h>
36 #include <linux/compaction.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/rwsem.h>
39 #include <linux/delay.h>
40 #include <linux/kthread.h>
41 #include <linux/freezer.h>
42 #include <linux/memcontrol.h>
43 #include <linux/migrate.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/memory-tiers.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/pagewalk.h>
54 #include <linux/shmem_fs.h>
55 #include <linux/ctype.h>
56 #include <linux/debugfs.h>
57 #include <linux/khugepaged.h>
58
59 #include <asm/tlbflush.h>
60 #include <asm/div64.h>
61
62 #include <linux/swapops.h>
63 #include <linux/balloon_compaction.h>
64 #include <linux/sched/sysctl.h>
65
66 #include "internal.h"
67 #include "swap.h"
68
69 #define CREATE_TRACE_POINTS
70 #include <trace/events/vmscan.h>
71
72 struct scan_control {
73         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
74         unsigned long nr_to_reclaim;
75
76         /*
77          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
78          * are scanned.
79          */
80         nodemask_t      *nodemask;
81
82         /*
83          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
84          * primary target of this reclaim invocation.
85          */
86         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
87
88         /*
89          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
90          */
91         unsigned long   anon_cost;
92         unsigned long   file_cost;
93
94         /* Can active folios be deactivated as part of reclaim? */
95 #define DEACTIVATE_ANON 1
96 #define DEACTIVATE_FILE 2
97         unsigned int may_deactivate:2;
98         unsigned int force_deactivate:1;
99         unsigned int skipped_deactivate:1;
100
101         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
102         unsigned int may_writepage:1;
103
104         /* Can mapped folios be reclaimed? */
105         unsigned int may_unmap:1;
106
107         /* Can folios be swapped as part of reclaim? */
108         unsigned int may_swap:1;
109
110         /* Proactive reclaim invoked by userspace through memory.reclaim */
111         unsigned int proactive:1;
112
113         /*
114          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
115          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
116          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
117          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
118          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
119          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
120          */
121         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
122         unsigned int memcg_low_skipped:1;
123
124         unsigned int hibernation_mode:1;
125
126         /* One of the zones is ready for compaction */
127         unsigned int compaction_ready:1;
128
129         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
130         unsigned int cache_trim_mode:1;
131
132         /* The file folios on the current node are dangerously low */
133         unsigned int file_is_tiny:1;
134
135         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
136         unsigned int no_demotion:1;
137
138 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
139         /* help kswapd make better choices among multiple memcgs */
140         unsigned int memcgs_need_aging:1;
141         unsigned long last_reclaimed;
142 #endif
143
144         /* Allocation order */
145         s8 order;
146
147         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
148         s8 priority;
149
150         /* The highest zone to isolate folios for reclaim from */
151         s8 reclaim_idx;
152
153         /* This context's GFP mask */
154         gfp_t gfp_mask;
155
156         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
157         unsigned long nr_scanned;
158
159         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
160         unsigned long nr_reclaimed;
161
162         struct {
163                 unsigned int dirty;
164                 unsigned int unqueued_dirty;
165                 unsigned int congested;
166                 unsigned int writeback;
167                 unsigned int immediate;
168                 unsigned int file_taken;
169                 unsigned int taken;
170         } nr;
171
172         /* for recording the reclaimed slab by now */
173         struct reclaim_state reclaim_state;
174 };
175
176 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
177 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field)                 \
178         do {                                                            \
179                 if ((_folio)->lru.prev != _base) {                      \
180                         struct folio *prev;                             \
181                                                                         \
182                         prev = lru_to_folio(&(_folio->lru));            \
183                         prefetchw(&prev->_field);                       \
184                 }                                                       \
185         } while (0)
186 #else
187 #define prefetchw_prev_lru_folio(_folio, _base, _field) do { } while (0)
188 #endif
189
190 /*
191  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
192  */
193 int vm_swappiness = 60;
194
195 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
196                                    struct reclaim_state *rs)
197 {
198         /* Check for an overwrite */
199         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
200
201         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
202         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
203
204         task->reclaim_state = rs;
205 }
206
207 LIST_HEAD(shrinker_list);
208 DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
209
210 #ifdef CONFIG_MEMCG
211 static int shrinker_nr_max;
212
213 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
214 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
215 {
216         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
217 }
218
219 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
220 {
221         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
222 }
223
224 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
225                                                      int nid)
226 {
227         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
228                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
229 }
230
231 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
232                                     int map_size, int defer_size,
233                                     int old_map_size, int old_defer_size)
234 {
235         struct shrinker_info *new, *old;
236         struct mem_cgroup_per_node *pn;
237         int nid;
238         int size = map_size + defer_size;
239
240         for_each_node(nid) {
241                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
242                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
243                 /* Not yet online memcg */
244                 if (!old)
245                         return 0;
246
247                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
248                 if (!new)
249                         return -ENOMEM;
250
251                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
252                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
253
254                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
255                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
256                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
257                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
258                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
259                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
260                        defer_size - old_defer_size);
261
262                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
263                 kvfree_rcu(old, rcu);
264         }
265
266         return 0;
267 }
268
269 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
270 {
271         struct mem_cgroup_per_node *pn;
272         struct shrinker_info *info;
273         int nid;
274
275         for_each_node(nid) {
276                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
277                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
278                 kvfree(info);
279                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
280         }
281 }
282
283 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
284 {
285         struct shrinker_info *info;
286         int nid, size, ret = 0;
287         int map_size, defer_size = 0;
288
289         down_write(&shrinker_rwsem);
290         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
291         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
292         size = map_size + defer_size;
293         for_each_node(nid) {
294                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
295                 if (!info) {
296                         free_shrinker_info(memcg);
297                         ret = -ENOMEM;
298                         break;
299                 }
300                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
301                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
302                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
303         }
304         up_write(&shrinker_rwsem);
305
306         return ret;
307 }
308
309 static inline bool need_expand(int nr_max)
310 {
311         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
312                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
313 }
314
315 static int expand_shrinker_info(int new_id)
316 {
317         int ret = 0;
318         int new_nr_max = new_id + 1;
319         int map_size, defer_size = 0;
320         int old_map_size, old_defer_size = 0;
321         struct mem_cgroup *memcg;
322
323         if (!need_expand(new_nr_max))
324                 goto out;
325
326         if (!root_mem_cgroup)
327                 goto out;
328
329         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
330
331         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
332         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
333         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
334         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
335
336         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
337         do {
338                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
339                                                old_map_size, old_defer_size);
340                 if (ret) {
341                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
342                         goto out;
343                 }
344         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
345 out:
346         if (!ret)
347                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
348
349         return ret;
350 }
351
352 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
353 {
354         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
355                 struct shrinker_info *info;
356
357                 rcu_read_lock();
358                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
359                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
360                 smp_mb__before_atomic();
361                 set_bit(shrinker_id, info->map);
362                 rcu_read_unlock();
363         }
364 }
365
366 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
367
368 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
369 {
370         int id, ret = -ENOMEM;
371
372         if (mem_cgroup_disabled())
373                 return -ENOSYS;
374
375         down_write(&shrinker_rwsem);
376         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
377         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
378         if (id < 0)
379                 goto unlock;
380
381         if (id >= shrinker_nr_max) {
382                 if (expand_shrinker_info(id)) {
383                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
384                         goto unlock;
385                 }
386         }
387         shrinker->id = id;
388         ret = 0;
389 unlock:
390         up_write(&shrinker_rwsem);
391         return ret;
392 }
393
394 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
395 {
396         int id = shrinker->id;
397
398         BUG_ON(id < 0);
399
400         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
401
402         idr_remove(&shrinker_idr, id);
403 }
404
405 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
406                                    struct mem_cgroup *memcg)
407 {
408         struct shrinker_info *info;
409
410         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
411         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
412 }
413
414 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
415                                   struct mem_cgroup *memcg)
416 {
417         struct shrinker_info *info;
418
419         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
420         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
421 }
422
423 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
424 {
425         int i, nid;
426         long nr;
427         struct mem_cgroup *parent;
428         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
429
430         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
431         if (!parent)
432                 parent = root_mem_cgroup;
433
434         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
435         down_read(&shrinker_rwsem);
436         for_each_node(nid) {
437                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
438                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
439                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
440                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
441                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
442                 }
443         }
444         up_read(&shrinker_rwsem);
445 }
446
447 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
448 {
449         return sc->target_mem_cgroup;
450 }
451
452 /**
453  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
454  * @sc: scan_control in question
455  *
456  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
457  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
458  * shrink_folio_list() is used for throttling instead, which lacks all the
459  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
460  * allocation and configurability.
461  *
462  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
463  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
464  */
465 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
466 {
467         if (!cgroup_reclaim(sc))
468                 return true;
469 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
470         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
471                 return true;
472 #endif
473         return false;
474 }
475 #else
476 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
477 {
478         return -ENOSYS;
479 }
480
481 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
482 {
483 }
484
485 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
486                                    struct mem_cgroup *memcg)
487 {
488         return 0;
489 }
490
491 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
492                                   struct mem_cgroup *memcg)
493 {
494         return 0;
495 }
496
497 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
498 {
499         return false;
500 }
501
502 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
503 {
504         return true;
505 }
506 #endif
507
508 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
509                              struct shrink_control *sc)
510 {
511         int nid = sc->nid;
512
513         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
514                 nid = 0;
515
516         if (sc->memcg &&
517             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
518                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
519                                               sc->memcg);
520
521         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
522 }
523
524
525 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
526                             struct shrink_control *sc)
527 {
528         int nid = sc->nid;
529
530         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
531                 nid = 0;
532
533         if (sc->memcg &&
534             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
535                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
536                                              sc->memcg);
537
538         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
539 }
540
541 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
542 {
543         if (!numa_demotion_enabled)
544                 return false;
545         if (sc && sc->no_demotion)
546                 return false;
547         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
548                 return false;
549
550         return true;
551 }
552
553 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
554                                           int nid,
555                                           struct scan_control *sc)
556 {
557         if (memcg == NULL) {
558                 /*
559                  * For non-memcg reclaim, is there
560                  * space in any swap device?
561                  */
562                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
563                         return true;
564         } else {
565                 /* Is the memcg below its swap limit? */
566                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
567                         return true;
568         }
569
570         /*
571          * The page can not be swapped.
572          *
573          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
574          */
575         return can_demote(nid, sc);
576 }
577
578 /*
579  * This misses isolated folios which are not accounted for to save counters.
580  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
581  * not expected that isolated folios will be a dominating factor.
582  */
583 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
584 {
585         unsigned long nr;
586
587         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
588                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
589         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
590                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
591                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
592
593         return nr;
594 }
595
596 /**
597  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
598  * @lruvec: lru vector
599  * @lru: lru to use
600  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES - 1 for the whole LRU list)
601  */
602 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
603                                      int zone_idx)
604 {
605         unsigned long size = 0;
606         int zid;
607
608         for (zid = 0; zid <= zone_idx; zid++) {
609                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
610
611                 if (!managed_zone(zone))
612                         continue;
613
614                 if (!mem_cgroup_disabled())
615                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
616                 else
617                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
618         }
619         return size;
620 }
621
622 /*
623  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
624  */
625 static int __prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
626 {
627         unsigned int size;
628         int err;
629
630         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
631                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
632                 if (err != -ENOSYS)
633                         return err;
634
635                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
636         }
637
638         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
639         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
640                 size *= nr_node_ids;
641
642         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
643         if (!shrinker->nr_deferred)
644                 return -ENOMEM;
645
646         return 0;
647 }
648
649 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
650 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
651 {
652         va_list ap;
653         int err;
654
655         va_start(ap, fmt);
656         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
657         va_end(ap);
658         if (!shrinker->name)
659                 return -ENOMEM;
660
661         err = __prealloc_shrinker(shrinker);
662         if (err) {
663                 kfree_const(shrinker->name);
664                 shrinker->name = NULL;
665         }
666
667         return err;
668 }
669 #else
670 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
671 {
672         return __prealloc_shrinker(shrinker);
673 }
674 #endif
675
676 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
677 {
678 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
679         kfree_const(shrinker->name);
680         shrinker->name = NULL;
681 #endif
682         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
683                 down_write(&shrinker_rwsem);
684                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
685                 up_write(&shrinker_rwsem);
686                 return;
687         }
688
689         kfree(shrinker->nr_deferred);
690         shrinker->nr_deferred = NULL;
691 }
692
693 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
694 {
695         down_write(&shrinker_rwsem);
696         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
697         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
698         shrinker_debugfs_add(shrinker);
699         up_write(&shrinker_rwsem);
700 }
701
702 static int __register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
703 {
704         int err = __prealloc_shrinker(shrinker);
705
706         if (err)
707                 return err;
708         register_shrinker_prepared(shrinker);
709         return 0;
710 }
711
712 #ifdef CONFIG_SHRINKER_DEBUG
713 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
714 {
715         va_list ap;
716         int err;
717
718         va_start(ap, fmt);
719         shrinker->name = kvasprintf_const(GFP_KERNEL, fmt, ap);
720         va_end(ap);
721         if (!shrinker->name)
722                 return -ENOMEM;
723
724         err = __register_shrinker(shrinker);
725         if (err) {
726                 kfree_const(shrinker->name);
727                 shrinker->name = NULL;
728         }
729         return err;
730 }
731 #else
732 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker, const char *fmt, ...)
733 {
734         return __register_shrinker(shrinker);
735 }
736 #endif
737 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
738
739 /*
740  * Remove one
741  */
742 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
743 {
744         struct dentry *debugfs_entry;
745
746         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
747                 return;
748
749         down_write(&shrinker_rwsem);
750         list_del(&shrinker->list);
751         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
752         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
753                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
754         debugfs_entry = shrinker_debugfs_remove(shrinker);
755         up_write(&shrinker_rwsem);
756
757         debugfs_remove_recursive(debugfs_entry);
758
759         kfree(shrinker->nr_deferred);
760         shrinker->nr_deferred = NULL;
761 }
762 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
763
764 /**
765  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
766  *
767  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
768  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
769  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
770  * rcu.
771  */
772 void synchronize_shrinkers(void)
773 {
774         down_write(&shrinker_rwsem);
775         up_write(&shrinker_rwsem);
776 }
777 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
778
779 #define SHRINK_BATCH 128
780
781 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
782                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
783 {
784         unsigned long freed = 0;
785         unsigned long long delta;
786         long total_scan;
787         long freeable;
788         long nr;
789         long new_nr;
790         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
791                                           : SHRINK_BATCH;
792         long scanned = 0, next_deferred;
793
794         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
795         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
796                 return freeable;
797
798         /*
799          * copy the current shrinker scan count into a local variable
800          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
801          * don't also do this scanning work.
802          */
803         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
804
805         if (shrinker->seeks) {
806                 delta = freeable >> priority;
807                 delta *= 4;
808                 do_div(delta, shrinker->seeks);
809         } else {
810                 /*
811                  * These objects don't require any IO to create. Trim
812                  * them aggressively under memory pressure to keep
813                  * them from causing refetches in the IO caches.
814                  */
815                 delta = freeable / 2;
816         }
817
818         total_scan = nr >> priority;
819         total_scan += delta;
820         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
821
822         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
823                                    freeable, delta, total_scan, priority);
824
825         /*
826          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
827          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
828          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
829          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
830          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
831          * objects spread over several slabs with usage less than the
832          * batch_size.
833          *
834          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
835          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
836          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
837          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
838          * possible.
839          */
840         while (total_scan >= batch_size ||
841                total_scan >= freeable) {
842                 unsigned long ret;
843                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
844
845                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
846                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
847                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
848                 if (ret == SHRINK_STOP)
849                         break;
850                 freed += ret;
851
852                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
853                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
854                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
855
856                 cond_resched();
857         }
858
859         /*
860          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
861          * done, decreased by old deferred work that was done now.
862          *
863          * And it is capped to two times of the freeable items.
864          */
865         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
866         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
867
868         /*
869          * move the unused scan count back into the shrinker in a
870          * manner that handles concurrent updates.
871          */
872         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
873
874         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
875         return freed;
876 }
877
878 #ifdef CONFIG_MEMCG
879 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
880                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
881 {
882         struct shrinker_info *info;
883         unsigned long ret, freed = 0;
884         int i;
885
886         if (!mem_cgroup_online(memcg))
887                 return 0;
888
889         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
890                 return 0;
891
892         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
893         if (unlikely(!info))
894                 goto unlock;
895
896         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
897                 struct shrink_control sc = {
898                         .gfp_mask = gfp_mask,
899                         .nid = nid,
900                         .memcg = memcg,
901                 };
902                 struct shrinker *shrinker;
903
904                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
905                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
906                         if (!shrinker)
907                                 clear_bit(i, info->map);
908                         continue;
909                 }
910
911                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
912                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
913                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
914                         continue;
915
916                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
917                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
918                         clear_bit(i, info->map);
919                         /*
920                          * After the shrinker reported that it had no objects to
921                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
922                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
923                          * added. To make sure, we have the bit set in this
924                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
925                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
926                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
927                          * set_shrinker_bit():
928                          *
929                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
930                          *   list_add_tail()    clear_bit()
931                          *   <MB>               <MB>
932                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
933                          */
934                         smp_mb__after_atomic();
935                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
936                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
937                                 ret = 0;
938                         else
939                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
940                 }
941                 freed += ret;
942
943                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
944                         freed = freed ? : 1;
945                         break;
946                 }
947         }
948 unlock:
949         up_read(&shrinker_rwsem);
950         return freed;
951 }
952 #else /* CONFIG_MEMCG */
953 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
954                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
955 {
956         return 0;
957 }
958 #endif /* CONFIG_MEMCG */
959
960 /**
961  * shrink_slab - shrink slab caches
962  * @gfp_mask: allocation context
963  * @nid: node whose slab caches to target
964  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
965  * @priority: the reclaim priority
966  *
967  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
968  *
969  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
970  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
971  *
972  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
973  * are called only if it is the root cgroup.
974  *
975  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
976  * in order to get the scan target.
977  *
978  * Returns the number of reclaimed slab objects.
979  */
980 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
981                                  struct mem_cgroup *memcg,
982                                  int priority)
983 {
984         unsigned long ret, freed = 0;
985         struct shrinker *shrinker;
986
987         /*
988          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
989          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
990          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
991          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
992          * oom.
993          */
994         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
995                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
996
997         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
998                 goto out;
999
1000         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
1001                 struct shrink_control sc = {
1002                         .gfp_mask = gfp_mask,
1003                         .nid = nid,
1004                         .memcg = memcg,
1005                 };
1006
1007                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
1008                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
1009                         ret = 0;
1010                 freed += ret;
1011                 /*
1012                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
1013                  * prevent the registration from being stalled for long periods
1014                  * by parallel ongoing shrinking.
1015                  */
1016                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
1017                         freed = freed ? : 1;
1018                         break;
1019                 }
1020         }
1021
1022         up_read(&shrinker_rwsem);
1023 out:
1024         cond_resched();
1025         return freed;
1026 }
1027
1028 static unsigned long drop_slab_node(int nid)
1029 {
1030         unsigned long freed = 0;
1031         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1032
1033         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
1034         do {
1035                 freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
1036         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
1037
1038         return freed;
1039 }
1040
1041 void drop_slab(void)
1042 {
1043         int nid;
1044         int shift = 0;
1045         unsigned long freed;
1046
1047         do {
1048                 freed = 0;
1049                 for_each_online_node(nid) {
1050                         if (fatal_signal_pending(current))
1051                                 return;
1052
1053                         freed += drop_slab_node(nid);
1054                 }
1055         } while ((freed >> shift++) > 1);
1056 }
1057
1058 static int reclaimer_offset(void)
1059 {
1060         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1061                         PGDEMOTE_DIRECT - PGDEMOTE_KSWAPD);
1062         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD !=
1063                         PGSCAN_DIRECT - PGSCAN_KSWAPD);
1064         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1065                         PGDEMOTE_KHUGEPAGED - PGDEMOTE_KSWAPD);
1066         BUILD_BUG_ON(PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD !=
1067                         PGSCAN_KHUGEPAGED - PGSCAN_KSWAPD);
1068
1069         if (current_is_kswapd())
1070                 return 0;
1071         if (current_is_khugepaged())
1072                 return PGSTEAL_KHUGEPAGED - PGSTEAL_KSWAPD;
1073         return PGSTEAL_DIRECT - PGSTEAL_KSWAPD;
1074 }
1075
1076 static inline int is_page_cache_freeable(struct folio *folio)
1077 {
1078         /*
1079          * A freeable page cache folio is referenced only by the caller
1080          * that isolated the folio, the page cache and optional filesystem
1081          * private data at folio->private.
1082          */
1083         return folio_ref_count(folio) - folio_test_private(folio) ==
1084                 1 + folio_nr_pages(folio);
1085 }
1086
1087 /*
1088  * We detected a synchronous write error writing a folio out.  Probably
1089  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1090  * fsync(), msync() or close().
1091  *
1092  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1093  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the folio and once
1094  * that folio is locked, the mapping is pinned.
1095  *
1096  * We're allowed to run sleeping folio_lock() here because we know the caller has
1097  * __GFP_FS.
1098  */
1099 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1100                                 struct folio *folio, int error)
1101 {
1102         folio_lock(folio);
1103         if (folio_mapping(folio) == mapping)
1104                 mapping_set_error(mapping, error);
1105         folio_unlock(folio);
1106 }
1107
1108 static bool skip_throttle_noprogress(pg_data_t *pgdat)
1109 {
1110         int reclaimable = 0, write_pending = 0;
1111         int i;
1112
1113         /*
1114          * If kswapd is disabled, reschedule if necessary but do not
1115          * throttle as the system is likely near OOM.
1116          */
1117         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
1118                 return true;
1119
1120         /*
1121          * If there are a lot of dirty/writeback folios then do not
1122          * throttle as throttling will occur when the folios cycle
1123          * towards the end of the LRU if still under writeback.
1124          */
1125         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
1126                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
1127
1128                 if (!managed_zone(zone))
1129                         continue;
1130
1131                 reclaimable += zone_reclaimable_pages(zone);
1132                 write_pending += zone_page_state_snapshot(zone,
1133                                                   NR_ZONE_WRITE_PENDING);
1134         }
1135         if (2 * write_pending <= reclaimable)
1136                 return true;
1137
1138         return false;
1139 }
1140
1141 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1142 {
1143         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1144         long timeout, ret;
1145         DEFINE_WAIT(wait);
1146
1147         /*
1148          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1149          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1150          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1151          */
1152         if (!current_is_kswapd() &&
1153             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD)) {
1154                 cond_resched();
1155                 return;
1156         }
1157
1158         /*
1159          * These figures are pulled out of thin air.
1160          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1161          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1162          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1163          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1164          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1165          * writeback to a slow device to excessive referenced folios at the tail
1166          * of the inactive LRU.
1167          */
1168         switch(reason) {
1169         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1170                 timeout = HZ/10;
1171
1172                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1173                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1174                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1175                 }
1176
1177                 break;
1178         case VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED:
1179                 fallthrough;
1180         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1181                 if (skip_throttle_noprogress(pgdat)) {
1182                         cond_resched();
1183                         return;
1184                 }
1185
1186                 timeout = 1;
1187
1188                 break;
1189         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1190                 timeout = HZ/50;
1191                 break;
1192         default:
1193                 WARN_ON_ONCE(1);
1194                 timeout = HZ;
1195                 break;
1196         }
1197
1198         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1199         ret = schedule_timeout(timeout);
1200         finish_wait(wqh, &wait);
1201
1202         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1203                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1204
1205         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1206                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1207                                 reason);
1208 }
1209
1210 /*
1211  * Account for folios written if tasks are throttled waiting on dirty
1212  * folios to clean. If enough folios have been cleaned since throttling
1213  * started then wakeup the throttled tasks.
1214  */
1215 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1216                                                         int nr_throttled)
1217 {
1218         unsigned long nr_written;
1219
1220         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1221
1222         /*
1223          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1224          * be synchronised. However, given that the system is
1225          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1226          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1227          * timeout guarantees forward progress.
1228          */
1229         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1230                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1231
1232         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1233                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1234 }
1235
1236 /* possible outcome of pageout() */
1237 typedef enum {
1238         /* failed to write folio out, folio is locked */
1239         PAGE_KEEP,
1240         /* move folio to the active list, folio is locked */
1241         PAGE_ACTIVATE,
1242         /* folio has been sent to the disk successfully, folio is unlocked */
1243         PAGE_SUCCESS,
1244         /* folio is clean and locked */
1245         PAGE_CLEAN,
1246 } pageout_t;
1247
1248 /*
1249  * pageout is called by shrink_folio_list() for each dirty folio.
1250  * Calls ->writepage().
1251  */
1252 static pageout_t pageout(struct folio *folio, struct address_space *mapping,
1253                          struct swap_iocb **plug)
1254 {
1255         /*
1256          * If the folio is dirty, only perform writeback if that write
1257          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1258          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1259          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1260          * PagePrivate for that.
1261          *
1262          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1263          * this folio's queue, we can perform writeback even if that
1264          * will block.
1265          *
1266          * If the folio is swapcache, write it back even if that would
1267          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1268          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1269          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1270          */
1271         if (!is_page_cache_freeable(folio))
1272                 return PAGE_KEEP;
1273         if (!mapping) {
1274                 /*
1275                  * Some data journaling orphaned folios can have
1276                  * folio->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1277                  */
1278                 if (folio_test_private(folio)) {
1279                         if (try_to_free_buffers(folio)) {
1280                                 folio_clear_dirty(folio);
1281                                 pr_info("%s: orphaned folio\n", __func__);
1282                                 return PAGE_CLEAN;
1283                         }
1284                 }
1285                 return PAGE_KEEP;
1286         }
1287         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1288                 return PAGE_ACTIVATE;
1289
1290         if (folio_clear_dirty_for_io(folio)) {
1291                 int res;
1292                 struct writeback_control wbc = {
1293                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1294                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1295                         .range_start = 0,
1296                         .range_end = LLONG_MAX,
1297                         .for_reclaim = 1,
1298                         .swap_plug = plug,
1299                 };
1300
1301                 folio_set_reclaim(folio);
1302                 res = mapping->a_ops->writepage(&folio->page, &wbc);
1303                 if (res < 0)
1304                         handle_write_error(mapping, folio, res);
1305                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1306                         folio_clear_reclaim(folio);
1307                         return PAGE_ACTIVATE;
1308                 }
1309
1310                 if (!folio_test_writeback(folio)) {
1311                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1312                         folio_clear_reclaim(folio);
1313                 }
1314                 trace_mm_vmscan_write_folio(folio);
1315                 node_stat_add_folio(folio, NR_VMSCAN_WRITE);
1316                 return PAGE_SUCCESS;
1317         }
1318
1319         return PAGE_CLEAN;
1320 }
1321
1322 /*
1323  * Same as remove_mapping, but if the folio is removed from the mapping, it
1324  * gets returned with a refcount of 0.
1325  */
1326 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
1327                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1328 {
1329         int refcount;
1330         void *shadow = NULL;
1331
1332         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1333         BUG_ON(mapping != folio_mapping(folio));
1334
1335         if (!folio_test_swapcache(folio))
1336                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1337         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1338         /*
1339          * The non racy check for a busy folio.
1340          *
1341          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1342          * a ref to the folio, it may be possible that they dirty it then
1343          * drop the reference. So if the dirty flag is tested before the
1344          * refcount here, then the following race may occur:
1345          *
1346          * get_user_pages(&page);
1347          * [user mapping goes away]
1348          * write_to(page);
1349          *                              !folio_test_dirty(folio)    [good]
1350          * folio_set_dirty(folio);
1351          * folio_put(folio);
1352          *                              !refcount(folio)   [good, discard it]
1353          *
1354          * [oops, our write_to data is lost]
1355          *
1356          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1357          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the folio->flags
1358          * load is not satisfied before that of folio->_refcount.
1359          *
1360          * Note that if the dirty flag is always set via folio_mark_dirty,
1361          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1362          */
1363         refcount = 1 + folio_nr_pages(folio);
1364         if (!folio_ref_freeze(folio, refcount))
1365                 goto cannot_free;
1366         /* note: atomic_cmpxchg in folio_ref_freeze provides the smp_rmb */
1367         if (unlikely(folio_test_dirty(folio))) {
1368                 folio_ref_unfreeze(folio, refcount);
1369                 goto cannot_free;
1370         }
1371
1372         if (folio_test_swapcache(folio)) {
1373                 swp_entry_t swap = folio_swap_entry(folio);
1374
1375                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1376                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1377                 __delete_from_swap_cache(folio, swap, shadow);
1378                 mem_cgroup_swapout(folio, swap);
1379                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1380                 put_swap_folio(folio, swap);
1381         } else {
1382                 void (*free_folio)(struct folio *);
1383
1384                 free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
1385                 /*
1386                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1387                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1388                  *
1389                  * But don't store shadows in an address space that is
1390                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1391                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1392                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1393                  * back.
1394                  *
1395                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1396                  * only page cache folios found in these are zero pages
1397                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1398                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1399                  * same address_space.
1400                  */
1401                 if (reclaimed && folio_is_file_lru(folio) &&
1402                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1403                         shadow = workingset_eviction(folio, target_memcg);
1404                 __filemap_remove_folio(folio, shadow);
1405                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1406                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1407                         inode_add_lru(mapping->host);
1408                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1409
1410                 if (free_folio)
1411                         free_folio(folio);
1412         }
1413
1414         return 1;
1415
1416 cannot_free:
1417         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1418         if (!folio_test_swapcache(folio))
1419                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1420         return 0;
1421 }
1422
1423 /**
1424  * remove_mapping() - Attempt to remove a folio from its mapping.
1425  * @mapping: The address space.
1426  * @folio: The folio to remove.
1427  *
1428  * If the folio is dirty, under writeback or if someone else has a ref
1429  * on it, removal will fail.
1430  * Return: The number of pages removed from the mapping.  0 if the folio
1431  * could not be removed.
1432  * Context: The caller should have a single refcount on the folio and
1433  * hold its lock.
1434  */
1435 long remove_mapping(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
1436 {
1437         if (__remove_mapping(mapping, folio, false, NULL)) {
1438                 /*
1439                  * Unfreezing the refcount with 1 effectively
1440                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1441                  * atomic operation.
1442                  */
1443                 folio_ref_unfreeze(folio, 1);
1444                 return folio_nr_pages(folio);
1445         }
1446         return 0;
1447 }
1448
1449 /**
1450  * folio_putback_lru - Put previously isolated folio onto appropriate LRU list.
1451  * @folio: Folio to be returned to an LRU list.
1452  *
1453  * Add previously isolated @folio to appropriate LRU list.
1454  * The folio may still be unevictable for other reasons.
1455  *
1456  * Context: lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1457  */
1458 void folio_putback_lru(struct folio *folio)
1459 {
1460         folio_add_lru(folio);
1461         folio_put(folio);               /* drop ref from isolate */
1462 }
1463
1464 enum folio_references {
1465         FOLIOREF_RECLAIM,
1466         FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN,
1467         FOLIOREF_KEEP,
1468         FOLIOREF_ACTIVATE,
1469 };
1470
1471 static enum folio_references folio_check_references(struct folio *folio,
1472                                                   struct scan_control *sc)
1473 {
1474         int referenced_ptes, referenced_folio;
1475         unsigned long vm_flags;
1476
1477         referenced_ptes = folio_referenced(folio, 1, sc->target_mem_cgroup,
1478                                            &vm_flags);
1479         referenced_folio = folio_test_clear_referenced(folio);
1480
1481         /*
1482          * The supposedly reclaimable folio was found to be in a VM_LOCKED vma.
1483          * Let the folio, now marked Mlocked, be moved to the unevictable list.
1484          */
1485         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1486                 return FOLIOREF_ACTIVATE;
1487
1488         /* rmap lock contention: rotate */
1489         if (referenced_ptes == -1)
1490                 return FOLIOREF_KEEP;
1491
1492         if (referenced_ptes) {
1493                 /*
1494                  * All mapped folios start out with page table
1495                  * references from the instantiating fault, so we need
1496                  * to look twice if a mapped file/anon folio is used more
1497                  * than once.
1498                  *
1499                  * Mark it and spare it for another trip around the
1500                  * inactive list.  Another page table reference will
1501                  * lead to its activation.
1502                  *
1503                  * Note: the mark is set for activated folios as well
1504                  * so that recently deactivated but used folios are
1505                  * quickly recovered.
1506                  */
1507                 folio_set_referenced(folio);
1508
1509                 if (referenced_folio || referenced_ptes > 1)
1510                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1511
1512                 /*
1513                  * Activate file-backed executable folios after first usage.
1514                  */
1515                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio))
1516                         return FOLIOREF_ACTIVATE;
1517
1518                 return FOLIOREF_KEEP;
1519         }
1520
1521         /* Reclaim if clean, defer dirty folios to writeback */
1522         if (referenced_folio && folio_is_file_lru(folio))
1523                 return FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN;
1524
1525         return FOLIOREF_RECLAIM;
1526 }
1527
1528 /* Check if a folio is dirty or under writeback */
1529 static void folio_check_dirty_writeback(struct folio *folio,
1530                                        bool *dirty, bool *writeback)
1531 {
1532         struct address_space *mapping;
1533
1534         /*
1535          * Anonymous folios are not handled by flushers and must be written
1536          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them.
1537          * MADV_FREE anonymous folios are put into inactive file list too.
1538          * They could be mistakenly treated as file lru. So further anon
1539          * test is needed.
1540          */
1541         if (!folio_is_file_lru(folio) ||
1542             (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio))) {
1543                 *dirty = false;
1544                 *writeback = false;
1545                 return;
1546         }
1547
1548         /* By default assume that the folio flags are accurate */
1549         *dirty = folio_test_dirty(folio);
1550         *writeback = folio_test_writeback(folio);
1551
1552         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1553         if (!folio_test_private(folio))
1554                 return;
1555
1556         mapping = folio_mapping(folio);
1557         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1558                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(folio, dirty, writeback);
1559 }
1560
1561 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long private)
1562 {
1563         struct page *target_page;
1564         nodemask_t *allowed_mask;
1565         struct migration_target_control *mtc;
1566
1567         mtc = (struct migration_target_control *)private;
1568
1569         allowed_mask = mtc->nmask;
1570         /*
1571          * make sure we allocate from the target node first also trying to
1572          * demote or reclaim pages from the target node via kswapd if we are
1573          * low on free memory on target node. If we don't do this and if
1574          * we have free memory on the slower(lower) memtier, we would start
1575          * allocating pages from slower(lower) memory tiers without even forcing
1576          * a demotion of cold pages from the target memtier. This can result
1577          * in the kernel placing hot pages in slower(lower) memory tiers.
1578          */
1579         mtc->nmask = NULL;
1580         mtc->gfp_mask |= __GFP_THISNODE;
1581         target_page = alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1582         if (target_page)
1583                 return target_page;
1584
1585         mtc->gfp_mask &= ~__GFP_THISNODE;
1586         mtc->nmask = allowed_mask;
1587
1588         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)mtc);
1589 }
1590
1591 /*
1592  * Take folios on @demote_folios and attempt to demote them to another node.
1593  * Folios which are not demoted are left on @demote_folios.
1594  */
1595 static unsigned int demote_folio_list(struct list_head *demote_folios,
1596                                      struct pglist_data *pgdat)
1597 {
1598         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1599         unsigned int nr_succeeded;
1600         nodemask_t allowed_mask;
1601
1602         struct migration_target_control mtc = {
1603                 /*
1604                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1605                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1606                  * instead of migrated.
1607                  */
1608                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) | __GFP_NOWARN |
1609                         __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1610                 .nid = target_nid,
1611                 .nmask = &allowed_mask
1612         };
1613
1614         if (list_empty(demote_folios))
1615                 return 0;
1616
1617         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1618                 return 0;
1619
1620         node_get_allowed_targets(pgdat, &allowed_mask);
1621
1622         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1623         migrate_pages(demote_folios, alloc_demote_page, NULL,
1624                       (unsigned long)&mtc, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1625                       &nr_succeeded);
1626
1627         __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD + reclaimer_offset(), nr_succeeded);
1628
1629         return nr_succeeded;
1630 }
1631
1632 static bool may_enter_fs(struct folio *folio, gfp_t gfp_mask)
1633 {
1634         if (gfp_mask & __GFP_FS)
1635                 return true;
1636         if (!folio_test_swapcache(folio) || !(gfp_mask & __GFP_IO))
1637                 return false;
1638         /*
1639          * We can "enter_fs" for swap-cache with only __GFP_IO
1640          * providing this isn't SWP_FS_OPS.
1641          * ->flags can be updated non-atomicially (scan_swap_map_slots),
1642          * but that will never affect SWP_FS_OPS, so the data_race
1643          * is safe.
1644          */
1645         return !data_race(folio_swap_flags(folio) & SWP_FS_OPS);
1646 }
1647
1648 /*
1649  * shrink_folio_list() returns the number of reclaimed pages
1650  */
1651 static unsigned int shrink_folio_list(struct list_head *folio_list,
1652                 struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc,
1653                 struct reclaim_stat *stat, bool ignore_references)
1654 {
1655         LIST_HEAD(ret_folios);
1656         LIST_HEAD(free_folios);
1657         LIST_HEAD(demote_folios);
1658         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1659         unsigned int pgactivate = 0;
1660         bool do_demote_pass;
1661         struct swap_iocb *plug = NULL;
1662
1663         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1664         cond_resched();
1665         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1666
1667 retry:
1668         while (!list_empty(folio_list)) {
1669                 struct address_space *mapping;
1670                 struct folio *folio;
1671                 enum folio_references references = FOLIOREF_RECLAIM;
1672                 bool dirty, writeback;
1673                 unsigned int nr_pages;
1674
1675                 cond_resched();
1676
1677                 folio = lru_to_folio(folio_list);
1678                 list_del(&folio->lru);
1679
1680                 if (!folio_trylock(folio))
1681                         goto keep;
1682
1683                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
1684
1685                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1686
1687                 /* Account the number of base pages */
1688                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1689
1690                 if (unlikely(!folio_evictable(folio)))
1691                         goto activate_locked;
1692
1693                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
1694                         goto keep_locked;
1695
1696                 /* folio_update_gen() tried to promote this page? */
1697                 if (lru_gen_enabled() && !ignore_references &&
1698                     folio_mapped(folio) && folio_test_referenced(folio))
1699                         goto keep_locked;
1700
1701                 /*
1702                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1703                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1704                  * folios if the tail of the LRU is all dirty unqueued folios.
1705                  */
1706                 folio_check_dirty_writeback(folio, &dirty, &writeback);
1707                 if (dirty || writeback)
1708                         stat->nr_dirty += nr_pages;
1709
1710                 if (dirty && !writeback)
1711                         stat->nr_unqueued_dirty += nr_pages;
1712
1713                 /*
1714                  * Treat this folio as congested if folios are cycling
1715                  * through the LRU so quickly that the folios marked
1716                  * for immediate reclaim are making it to the end of
1717                  * the LRU a second time.
1718                  */
1719                 if (writeback && folio_test_reclaim(folio))
1720                         stat->nr_congested += nr_pages;
1721
1722                 /*
1723                  * If a folio at the tail of the LRU is under writeback, there
1724                  * are three cases to consider.
1725                  *
1726                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number
1727                  *    of folios under writeback and this folio has both
1728                  *    the writeback and reclaim flags set, then it
1729                  *    indicates that folios are being queued for I/O but
1730                  *    are being recycled through the LRU before the I/O
1731                  *    can complete. Waiting on the folio itself risks an
1732                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback
1733                  *    the folio due to I/O error or disconnected storage
1734                  *    so instead note that the LRU is being scanned too
1735                  *    quickly and the caller can stall after the folio
1736                  *    list has been processed.
1737                  *
1738                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a folio that is
1739                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1740                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1741                  *    not to fs). In this case mark the folio for immediate
1742                  *    reclaim and continue scanning.
1743                  *
1744                  *    Require may_enter_fs() because we would wait on fs, which
1745                  *    may not have submitted I/O yet. And the loop driver might
1746                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a folio for
1747                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1748                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1749                  *    would probably show more reasons.
1750                  *
1751                  * 3) Legacy memcg encounters a folio that already has the
1752                  *    reclaim flag set. memcg does not have any dirty folio
1753                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1754                  *    folios are in writeback and there is nothing else to
1755                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1756                  *
1757                  * In cases 1) and 2) we activate the folios to get them out of
1758                  * the way while we continue scanning for clean folios on the
1759                  * inactive list and refilling from the active list. The
1760                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1761                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1762                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1763                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1764                  * takes to write them to disk.
1765                  */
1766                 if (folio_test_writeback(folio)) {
1767                         /* Case 1 above */
1768                         if (current_is_kswapd() &&
1769                             folio_test_reclaim(folio) &&
1770                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1771                                 stat->nr_immediate += nr_pages;
1772                                 goto activate_locked;
1773
1774                         /* Case 2 above */
1775                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1776                             !folio_test_reclaim(folio) ||
1777                             !may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask)) {
1778                                 /*
1779                                  * This is slightly racy -
1780                                  * folio_end_writeback() might have
1781                                  * just cleared the reclaim flag, then
1782                                  * setting the reclaim flag here ends up
1783                                  * interpreted as the readahead flag - but
1784                                  * that does not matter enough to care.
1785                                  * What we do want is for this folio to
1786                                  * have the reclaim flag set next time
1787                                  * memcg reclaim reaches the tests above,
1788                                  * so it will then wait for writeback to
1789                                  * avoid OOM; and it's also appropriate
1790                                  * in global reclaim.
1791                                  */
1792                                 folio_set_reclaim(folio);
1793                                 stat->nr_writeback += nr_pages;
1794                                 goto activate_locked;
1795
1796                         /* Case 3 above */
1797                         } else {
1798                                 folio_unlock(folio);
1799                                 folio_wait_writeback(folio);
1800                                 /* then go back and try same folio again */
1801                                 list_add_tail(&folio->lru, folio_list);
1802                                 continue;
1803                         }
1804                 }
1805
1806                 if (!ignore_references)
1807                         references = folio_check_references(folio, sc);
1808
1809                 switch (references) {
1810                 case FOLIOREF_ACTIVATE:
1811                         goto activate_locked;
1812                 case FOLIOREF_KEEP:
1813                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1814                         goto keep_locked;
1815                 case FOLIOREF_RECLAIM:
1816                 case FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN:
1817                         ; /* try to reclaim the folio below */
1818                 }
1819
1820                 /*
1821                  * Before reclaiming the folio, try to relocate
1822                  * its contents to another node.
1823                  */
1824                 if (do_demote_pass &&
1825                     (thp_migration_supported() || !folio_test_large(folio))) {
1826                         list_add(&folio->lru, &demote_folios);
1827                         folio_unlock(folio);
1828                         continue;
1829                 }
1830
1831                 /*
1832                  * Anonymous process memory has backing store?
1833                  * Try to allocate it some swap space here.
1834                  * Lazyfree folio could be freed directly
1835                  */
1836                 if (folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio)) {
1837                         if (!folio_test_swapcache(folio)) {
1838                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1839                                         goto keep_locked;
1840                                 if (folio_maybe_dma_pinned(folio))
1841                                         goto keep_locked;
1842                                 if (folio_test_large(folio)) {
1843                                         /* cannot split folio, skip it */
1844                                         if (!can_split_folio(folio, NULL))
1845                                                 goto activate_locked;
1846                                         /*
1847                                          * Split folios without a PMD map right
1848                                          * away. Chances are some or all of the
1849                                          * tail pages can be freed without IO.
1850                                          */
1851                                         if (!folio_entire_mapcount(folio) &&
1852                                             split_folio_to_list(folio,
1853                                                                 folio_list))
1854                                                 goto activate_locked;
1855                                 }
1856                                 if (!add_to_swap(folio)) {
1857                                         if (!folio_test_large(folio))
1858                                                 goto activate_locked_split;
1859                                         /* Fallback to swap normal pages */
1860                                         if (split_folio_to_list(folio,
1861                                                                 folio_list))
1862                                                 goto activate_locked;
1863 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1864                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1865 #endif
1866                                         if (!add_to_swap(folio))
1867                                                 goto activate_locked_split;
1868                                 }
1869                         }
1870                 } else if (folio_test_swapbacked(folio) &&
1871                            folio_test_large(folio)) {
1872                         /* Split shmem folio */
1873                         if (split_folio_to_list(folio, folio_list))
1874                                 goto keep_locked;
1875                 }
1876
1877                 /*
1878                  * If the folio was split above, the tail pages will make
1879                  * their own pass through this function and be accounted
1880                  * then.
1881                  */
1882                 if ((nr_pages > 1) && !folio_test_large(folio)) {
1883                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1884                         nr_pages = 1;
1885                 }
1886
1887                 /*
1888                  * The folio is mapped into the page tables of one or more
1889                  * processes. Try to unmap it here.
1890                  */
1891                 if (folio_mapped(folio)) {
1892                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1893                         bool was_swapbacked = folio_test_swapbacked(folio);
1894
1895                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
1896                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1897
1898                         try_to_unmap(folio, flags);
1899                         if (folio_mapped(folio)) {
1900                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1901                                 if (!was_swapbacked &&
1902                                     folio_test_swapbacked(folio))
1903                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1904                                 goto activate_locked;
1905                         }
1906                 }
1907
1908                 mapping = folio_mapping(folio);
1909                 if (folio_test_dirty(folio)) {
1910                         /*
1911                          * Only kswapd can writeback filesystem folios
1912                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1913                          * injecting inefficient single-folio I/O into
1914                          * flusher writeback as much as possible: only
1915                          * write folios when we've encountered many
1916                          * dirty folios, and when we've already scanned
1917                          * the rest of the LRU for clean folios and see
1918                          * the same dirty folios again (with the reclaim
1919                          * flag set).
1920                          */
1921                         if (folio_is_file_lru(folio) &&
1922                             (!current_is_kswapd() ||
1923                              !folio_test_reclaim(folio) ||
1924                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1925                                 /*
1926                                  * Immediately reclaim when written back.
1927                                  * Similar in principle to deactivate_page()
1928                                  * except we already have the folio isolated
1929                                  * and know it's dirty
1930                                  */
1931                                 node_stat_mod_folio(folio, NR_VMSCAN_IMMEDIATE,
1932                                                 nr_pages);
1933                                 folio_set_reclaim(folio);
1934
1935                                 goto activate_locked;
1936                         }
1937
1938                         if (references == FOLIOREF_RECLAIM_CLEAN)
1939                                 goto keep_locked;
1940                         if (!may_enter_fs(folio, sc->gfp_mask))
1941                                 goto keep_locked;
1942                         if (!sc->may_writepage)
1943                                 goto keep_locked;
1944
1945                         /*
1946                          * Folio is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1947                          * potentially exists to avoid CPU writes after I/O
1948                          * starts and then write it out here.
1949                          */
1950                         try_to_unmap_flush_dirty();
1951                         switch (pageout(folio, mapping, &plug)) {
1952                         case PAGE_KEEP:
1953                                 goto keep_locked;
1954                         case PAGE_ACTIVATE:
1955                                 goto activate_locked;
1956                         case PAGE_SUCCESS:
1957                                 stat->nr_pageout += nr_pages;
1958
1959                                 if (folio_test_writeback(folio))
1960                                         goto keep;
1961                                 if (folio_test_dirty(folio))
1962                                         goto keep;
1963
1964                                 /*
1965                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1966                                  * ahead and try to reclaim the folio.
1967                                  */
1968                                 if (!folio_trylock(folio))
1969                                         goto keep;
1970                                 if (folio_test_dirty(folio) ||
1971                                     folio_test_writeback(folio))
1972                                         goto keep_locked;
1973                                 mapping = folio_mapping(folio);
1974                                 fallthrough;
1975                         case PAGE_CLEAN:
1976                                 ; /* try to free the folio below */
1977                         }
1978                 }
1979
1980                 /*
1981                  * If the folio has buffers, try to free the buffer
1982                  * mappings associated with this folio. If we succeed
1983                  * we try to free the folio as well.
1984                  *
1985                  * We do this even if the folio is dirty.
1986                  * filemap_release_folio() does not perform I/O, but it
1987                  * is possible for a folio to have the dirty flag set,
1988                  * but it is actually clean (all its buffers are clean).
1989                  * This happens if the buffers were written out directly,
1990                  * with submit_bh(). ext3 will do this, as well as
1991                  * the blockdev mapping.  filemap_release_folio() will
1992                  * discover that cleanness and will drop the buffers
1993                  * and mark the folio clean - it can be freed.
1994                  *
1995                  * Rarely, folios can have buffers and no ->mapping.
1996                  * These are the folios which were not successfully
1997                  * invalidated in truncate_cleanup_folio().  We try to
1998                  * drop those buffers here and if that worked, and the
1999                  * folio is no longer mapped into process address space
2000                  * (refcount == 1) it can be freed.  Otherwise, leave
2001                  * the folio on the LRU so it is swappable.
2002                  */
2003                 if (folio_has_private(folio)) {
2004                         if (!filemap_release_folio(folio, sc->gfp_mask))
2005                                 goto activate_locked;
2006                         if (!mapping && folio_ref_count(folio) == 1) {
2007                                 folio_unlock(folio);
2008                                 if (folio_put_testzero(folio))
2009                                         goto free_it;
2010                                 else {
2011                                         /*
2012                                          * rare race with speculative reference.
2013                                          * the speculative reference will free
2014                                          * this folio shortly, so we may
2015                                          * increment nr_reclaimed here (and
2016                                          * leave it off the LRU).
2017                                          */
2018                                         nr_reclaimed += nr_pages;
2019                                         continue;
2020                                 }
2021                         }
2022                 }
2023
2024                 if (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapbacked(folio)) {
2025                         /* follow __remove_mapping for reference */
2026                         if (!folio_ref_freeze(folio, 1))
2027                                 goto keep_locked;
2028                         /*
2029                          * The folio has only one reference left, which is
2030                          * from the isolation. After the caller puts the
2031                          * folio back on the lru and drops the reference, the
2032                          * folio will be freed anyway. It doesn't matter
2033                          * which lru it goes on. So we don't bother checking
2034                          * the dirty flag here.
2035                          */
2036                         count_vm_events(PGLAZYFREED, nr_pages);
2037                         count_memcg_folio_events(folio, PGLAZYFREED, nr_pages);
2038                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, folio, true,
2039                                                          sc->target_mem_cgroup))
2040                         goto keep_locked;
2041
2042                 folio_unlock(folio);
2043 free_it:
2044                 /*
2045                  * Folio may get swapped out as a whole, need to account
2046                  * all pages in it.
2047                  */
2048                 nr_reclaimed += nr_pages;
2049
2050                 /*
2051                  * Is there need to periodically free_folio_list? It would
2052                  * appear not as the counts should be low
2053                  */
2054                 if (unlikely(folio_test_large(folio)))
2055                         destroy_large_folio(folio);
2056                 else
2057                         list_add(&folio->lru, &free_folios);
2058                 continue;
2059
2060 activate_locked_split:
2061                 /*
2062                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
2063                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
2064                  */
2065                 if (nr_pages > 1) {
2066                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
2067                         nr_pages = 1;
2068                 }
2069 activate_locked:
2070                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
2071                 if (folio_test_swapcache(folio) &&
2072                     (mem_cgroup_swap_full(folio) || folio_test_mlocked(folio)))
2073                         folio_free_swap(folio);
2074                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
2075                 if (!folio_test_mlocked(folio)) {
2076                         int type = folio_is_file_lru(folio);
2077                         folio_set_active(folio);
2078                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
2079                         count_memcg_folio_events(folio, PGACTIVATE, nr_pages);
2080                 }
2081 keep_locked:
2082                 folio_unlock(folio);
2083 keep:
2084                 list_add(&folio->lru, &ret_folios);
2085                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio) ||
2086                                 folio_test_unevictable(folio), folio);
2087         }
2088         /* 'folio_list' is always empty here */
2089
2090         /* Migrate folios selected for demotion */
2091         nr_reclaimed += demote_folio_list(&demote_folios, pgdat);
2092         /* Folios that could not be demoted are still in @demote_folios */
2093         if (!list_empty(&demote_folios)) {
2094                 /* Folios which weren't demoted go back on @folio_list */
2095                 list_splice_init(&demote_folios, folio_list);
2096
2097                 /*
2098                  * goto retry to reclaim the undemoted folios in folio_list if
2099                  * desired.
2100                  *
2101                  * Reclaiming directly from top tier nodes is not often desired
2102                  * due to it breaking the LRU ordering: in general memory
2103                  * should be reclaimed from lower tier nodes and demoted from
2104                  * top tier nodes.
2105                  *
2106                  * However, disabling reclaim from top tier nodes entirely
2107                  * would cause ooms in edge scenarios where lower tier memory
2108                  * is unreclaimable for whatever reason, eg memory being
2109                  * mlocked or too hot to reclaim. We can disable reclaim
2110                  * from top tier nodes in proactive reclaim though as that is
2111                  * not real memory pressure.
2112                  */
2113                 if (!sc->proactive) {
2114                         do_demote_pass = false;
2115                         goto retry;
2116                 }
2117         }
2118
2119         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
2120
2121         mem_cgroup_uncharge_list(&free_folios);
2122         try_to_unmap_flush();
2123         free_unref_page_list(&free_folios);
2124
2125         list_splice(&ret_folios, folio_list);
2126         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
2127
2128         if (plug)
2129                 swap_write_unplug(plug);
2130         return nr_reclaimed;
2131 }
2132
2133 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
2134                                            struct list_head *folio_list)
2135 {
2136         struct scan_control sc = {
2137                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2138                 .may_unmap = 1,
2139         };
2140         struct reclaim_stat stat;
2141         unsigned int nr_reclaimed;
2142         struct folio *folio, *next;
2143         LIST_HEAD(clean_folios);
2144         unsigned int noreclaim_flag;
2145
2146         list_for_each_entry_safe(folio, next, folio_list, lru) {
2147                 if (!folio_test_hugetlb(folio) && folio_is_file_lru(folio) &&
2148                     !folio_test_dirty(folio) && !__folio_test_movable(folio) &&
2149                     !folio_test_unevictable(folio)) {
2150                         folio_clear_active(folio);
2151                         list_move(&folio->lru, &clean_folios);
2152                 }
2153         }
2154
2155         /*
2156          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
2157          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
2158          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
2159          * change in the future.
2160          */
2161         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2162         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&clean_folios, zone->zone_pgdat, &sc,
2163                                         &stat, true);
2164         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2165
2166         list_splice(&clean_folios, folio_list);
2167         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2168                             -(long)nr_reclaimed);
2169         /*
2170          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
2171          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
2172          * discard so isolated count will be mismatched.
2173          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
2174          */
2175         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
2176                             stat.nr_lazyfree_fail);
2177         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2178                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
2179         return nr_reclaimed;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2184  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2185  */
2186 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2187                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2188 {
2189         int zid;
2190
2191         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2192                 if (!nr_zone_taken[zid])
2193                         continue;
2194
2195                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2196         }
2197
2198 }
2199
2200 /*
2201  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2202  *
2203  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2204  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2205  * and working on them outside the LRU lock.
2206  *
2207  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2208  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2209  *
2210  * Lru_lock must be held before calling this function.
2211  *
2212  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2213  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2214  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2215  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2216  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2217  * @lru:        LRU list id for isolating
2218  *
2219  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2220  */
2221 static unsigned long isolate_lru_folios(unsigned long nr_to_scan,
2222                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2223                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2224                 enum lru_list lru)
2225 {
2226         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2227         unsigned long nr_taken = 0;
2228         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2229         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2230         unsigned long skipped = 0;
2231         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2232         LIST_HEAD(folios_skipped);
2233
2234         total_scan = 0;
2235         scan = 0;
2236         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2237                 struct list_head *move_to = src;
2238                 struct folio *folio;
2239
2240                 folio = lru_to_folio(src);
2241                 prefetchw_prev_lru_folio(folio, src, flags);
2242
2243                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2244                 total_scan += nr_pages;
2245
2246                 if (folio_zonenum(folio) > sc->reclaim_idx) {
2247                         nr_skipped[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2248                         move_to = &folios_skipped;
2249                         goto move;
2250                 }
2251
2252                 /*
2253                  * Do not count skipped folios because that makes the function
2254                  * return with no isolated folios if the LRU mostly contains
2255                  * ineligible folios.  This causes the VM to not reclaim any
2256                  * folios, triggering a premature OOM.
2257                  * Account all pages in a folio.
2258                  */
2259                 scan += nr_pages;
2260
2261                 if (!folio_test_lru(folio))
2262                         goto move;
2263                 if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
2264                         goto move;
2265
2266                 /*
2267                  * Be careful not to clear the lru flag until after we're
2268                  * sure the folio is not being freed elsewhere -- the
2269                  * folio release code relies on it.
2270                  */
2271                 if (unlikely(!folio_try_get(folio)))
2272                         goto move;
2273
2274                 if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
2275                         /* Another thread is already isolating this folio */
2276                         folio_put(folio);
2277                         goto move;
2278                 }
2279
2280                 nr_taken += nr_pages;
2281                 nr_zone_taken[folio_zonenum(folio)] += nr_pages;
2282                 move_to = dst;
2283 move:
2284                 list_move(&folio->lru, move_to);
2285         }
2286
2287         /*
2288          * Splice any skipped folios to the start of the LRU list. Note that
2289          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2290          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2291          * scanning would soon rescan the same folios to skip and waste lots
2292          * of cpu cycles.
2293          */
2294         if (!list_empty(&folios_skipped)) {
2295                 int zid;
2296
2297                 list_splice(&folios_skipped, src);
2298                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2299                         if (!nr_skipped[zid])
2300                                 continue;
2301
2302                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2303                         skipped += nr_skipped[zid];
2304                 }
2305         }
2306         *nr_scanned = total_scan;
2307         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2308                                     total_scan, skipped, nr_taken,
2309                                     sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED, lru);
2310         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2311         return nr_taken;
2312 }
2313
2314 /**
2315  * folio_isolate_lru() - Try to isolate a folio from its LRU list.
2316  * @folio: Folio to isolate from its LRU list.
2317  *
2318  * Isolate a @folio from an LRU list and adjust the vmstat statistic
2319  * corresponding to whatever LRU list the folio was on.
2320  *
2321  * The folio will have its LRU flag cleared.  If it was found on the
2322  * active list, it will have the Active flag set.  If it was found on the
2323  * unevictable list, it will have the Unevictable flag set.  These flags
2324  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2325  *
2326  * Context:
2327  *
2328  * (1) Must be called with an elevated refcount on the folio. This is a
2329  *     fundamental difference from isolate_lru_folios() (which is called
2330  *     without a stable reference).
2331  * (2) The lru_lock must not be held.
2332  * (3) Interrupts must be enabled.
2333  *
2334  * Return: 0 if the folio was removed from an LRU list.
2335  * -EBUSY if the folio was not on an LRU list.
2336  */
2337 int folio_isolate_lru(struct folio *folio)
2338 {
2339         int ret = -EBUSY;
2340
2341         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_ref_count(folio), folio);
2342
2343         if (folio_test_clear_lru(folio)) {
2344                 struct lruvec *lruvec;
2345
2346                 folio_get(folio);
2347                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2348                 lruvec_del_folio(lruvec, folio);
2349                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2350                 ret = 0;
2351         }
2352
2353         return ret;
2354 }
2355
2356 /*
2357  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2358  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2359  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2360  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2361  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2362  */
2363 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2364                 struct scan_control *sc)
2365 {
2366         unsigned long inactive, isolated;
2367         bool too_many;
2368
2369         if (current_is_kswapd())
2370                 return 0;
2371
2372         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2373                 return 0;
2374
2375         if (file) {
2376                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2377                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2378         } else {
2379                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2380                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2381         }
2382
2383         /*
2384          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2385          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2386          * deadlock.
2387          */
2388         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2389                 inactive >>= 3;
2390
2391         too_many = isolated > inactive;
2392
2393         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2394         if (!too_many)
2395                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2396
2397         return too_many;
2398 }
2399
2400 /*
2401  * move_folios_to_lru() moves folios from private @list to appropriate LRU list.
2402  * On return, @list is reused as a list of folios to be freed by the caller.
2403  *
2404  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2405  */
2406 static unsigned int move_folios_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2407                 struct list_head *list)
2408 {
2409         int nr_pages, nr_moved = 0;
2410         LIST_HEAD(folios_to_free);
2411
2412         while (!list_empty(list)) {
2413                 struct folio *folio = lru_to_folio(list);
2414
2415                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
2416                 list_del(&folio->lru);
2417                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2418                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2419                         folio_putback_lru(folio);
2420                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2421                         continue;
2422                 }
2423
2424                 /*
2425                  * The folio_set_lru needs to be kept here for list integrity.
2426                  * Otherwise:
2427                  *   #0 move_folios_to_lru             #1 release_pages
2428                  *   if (!folio_put_testzero())
2429                  *                                    if (folio_put_testzero())
2430                  *                                      !lru //skip lru_lock
2431                  *     folio_set_lru()
2432                  *     list_add(&folio->lru,)
2433                  *                                        list_add(&folio->lru,)
2434                  */
2435                 folio_set_lru(folio);
2436
2437                 if (unlikely(folio_put_testzero(folio))) {
2438                         __folio_clear_lru_flags(folio);
2439
2440                         if (unlikely(folio_test_large(folio))) {
2441                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2442                                 destroy_large_folio(folio);
2443                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2444                         } else
2445                                 list_add(&folio->lru, &folios_to_free);
2446
2447                         continue;
2448                 }
2449
2450                 /*
2451                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2452                  * inhibits memcg migration).
2453                  */
2454                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_matches_lruvec(folio, lruvec), folio);
2455                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
2456                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
2457                 nr_moved += nr_pages;
2458                 if (folio_test_active(folio))
2459                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2460         }
2461
2462         /*
2463          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2464          */
2465         list_splice(&folios_to_free, list);
2466
2467         return nr_moved;
2468 }
2469
2470 /*
2471  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services a backing
2472  * device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE. In this case
2473  * we should not throttle.  Otherwise it is safe to do so.
2474  */
2475 static int current_may_throttle(void)
2476 {
2477         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE);
2478 }
2479
2480 /*
2481  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2482  * of reclaimed pages
2483  */
2484 static unsigned long shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan,
2485                 struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2486                 enum lru_list lru)
2487 {
2488         LIST_HEAD(folio_list);
2489         unsigned long nr_scanned;
2490         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2491         unsigned long nr_taken;
2492         struct reclaim_stat stat;
2493         bool file = is_file_lru(lru);
2494         enum vm_event_item item;
2495         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2496         bool stalled = false;
2497
2498         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2499                 if (stalled)
2500                         return 0;
2501
2502                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2503                 stalled = true;
2504                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2505
2506                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2507                 if (fatal_signal_pending(current))
2508                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2509         }
2510
2511         lru_add_drain();
2512
2513         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2514
2515         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &folio_list,
2516                                      &nr_scanned, sc, lru);
2517
2518         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2519         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
2520         if (!cgroup_reclaim(sc))
2521                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2522         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2523         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2524
2525         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2526
2527         if (nr_taken == 0)
2528                 return 0;
2529
2530         nr_reclaimed = shrink_folio_list(&folio_list, pgdat, sc, &stat, false);
2531
2532         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2533         move_folios_to_lru(lruvec, &folio_list);
2534
2535         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2536         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
2537         if (!cgroup_reclaim(sc))
2538                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2539         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2540         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2541         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2542
2543         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout, nr_scanned - nr_reclaimed);
2544         mem_cgroup_uncharge_list(&folio_list);
2545         free_unref_page_list(&folio_list);
2546
2547         /*
2548          * If dirty folios are scanned that are not queued for IO, it
2549          * implies that flushers are not doing their job. This can
2550          * happen when memory pressure pushes dirty folios to the end of
2551          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2552          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2553          * dirty folios grows not through writes but through memory
2554          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2555          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2556          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2557          */
2558         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken) {
2559                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2560                 /*
2561                  * For cgroupv1 dirty throttling is achieved by waking up
2562                  * the kernel flusher here and later waiting on folios
2563                  * which are in writeback to finish (see shrink_folio_list()).
2564                  *
2565                  * Flusher may not be able to issue writeback quickly
2566                  * enough for cgroupv1 writeback throttling to work
2567                  * on a large system.
2568                  */
2569                 if (!writeback_throttling_sane(sc))
2570                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
2571         }
2572
2573         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2574         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2575         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2576         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2577         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2578         sc->nr.taken += nr_taken;
2579         if (file)
2580                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2581
2582         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2583                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2584         return nr_reclaimed;
2585 }
2586
2587 /*
2588  * shrink_active_list() moves folios from the active LRU to the inactive LRU.
2589  *
2590  * We move them the other way if the folio is referenced by one or more
2591  * processes.
2592  *
2593  * If the folios are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2594  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2595  * the folios are mapped, the processing is slow (folio_referenced()), so
2596  * we should drop lru_lock around each folio.  It's impossible to balance
2597  * this, so instead we remove the folios from the LRU while processing them.
2598  * It is safe to rely on the active flag against the non-LRU folios in here
2599  * because nobody will play with that bit on a non-LRU folio.
2600  *
2601  * The downside is that we have to touch folio->_refcount against each folio.
2602  * But we had to alter folio->flags anyway.
2603  */
2604 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2605                                struct lruvec *lruvec,
2606                                struct scan_control *sc,
2607                                enum lru_list lru)
2608 {
2609         unsigned long nr_taken;
2610         unsigned long nr_scanned;
2611         unsigned long vm_flags;
2612         LIST_HEAD(l_hold);      /* The folios which were snipped off */
2613         LIST_HEAD(l_active);
2614         LIST_HEAD(l_inactive);
2615         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2616         unsigned nr_rotated = 0;
2617         int file = is_file_lru(lru);
2618         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2619
2620         lru_add_drain();
2621
2622         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2623
2624         nr_taken = isolate_lru_folios(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2625                                      &nr_scanned, sc, lru);
2626
2627         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2628
2629         if (!cgroup_reclaim(sc))
2630                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2631         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2632
2633         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2634
2635         while (!list_empty(&l_hold)) {
2636                 struct folio *folio;
2637
2638                 cond_resched();
2639                 folio = lru_to_folio(&l_hold);
2640                 list_del(&folio->lru);
2641
2642                 if (unlikely(!folio_evictable(folio))) {
2643                         folio_putback_lru(folio);
2644                         continue;
2645                 }
2646
2647                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2648                         if (folio_test_private(folio) && folio_trylock(folio)) {
2649                                 if (folio_test_private(folio))
2650                                         filemap_release_folio(folio, 0);
2651                                 folio_unlock(folio);
2652                         }
2653                 }
2654
2655                 /* Referenced or rmap lock contention: rotate */
2656                 if (folio_referenced(folio, 0, sc->target_mem_cgroup,
2657                                      &vm_flags) != 0) {
2658                         /*
2659                          * Identify referenced, file-backed active folios and
2660                          * give them one more trip around the active list. So
2661                          * that executable code get better chances to stay in
2662                          * memory under moderate memory pressure.  Anon folios
2663                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2664                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC folios,
2665                          * so we ignore them here.
2666                          */
2667                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && folio_is_file_lru(folio)) {
2668                                 nr_rotated += folio_nr_pages(folio);
2669                                 list_add(&folio->lru, &l_active);
2670                                 continue;
2671                         }
2672                 }
2673
2674                 folio_clear_active(folio);      /* we are de-activating */
2675                 folio_set_workingset(folio);
2676                 list_add(&folio->lru, &l_inactive);
2677         }
2678
2679         /*
2680          * Move folios back to the lru list.
2681          */
2682         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2683
2684         nr_activate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_active);
2685         nr_deactivate = move_folios_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2686         /* Keep all free folios in l_active list */
2687         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2688
2689         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2690         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2691
2692         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2693         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2694
2695         if (nr_rotated)
2696                 lru_note_cost(lruvec, file, 0, nr_rotated);
2697         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2698         free_unref_page_list(&l_active);
2699         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2700                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2701 }
2702
2703 static unsigned int reclaim_folio_list(struct list_head *folio_list,
2704                                       struct pglist_data *pgdat)
2705 {
2706         struct reclaim_stat dummy_stat;
2707         unsigned int nr_reclaimed;
2708         struct folio *folio;
2709         struct scan_control sc = {
2710                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2711                 .may_writepage = 1,
2712                 .may_unmap = 1,
2713                 .may_swap = 1,
2714                 .no_demotion = 1,
2715         };
2716
2717         nr_reclaimed = shrink_folio_list(folio_list, pgdat, &sc, &dummy_stat, false);
2718         while (!list_empty(folio_list)) {
2719                 folio = lru_to_folio(folio_list);
2720                 list_del(&folio->lru);
2721                 folio_putback_lru(folio);
2722         }
2723
2724         return nr_reclaimed;
2725 }
2726
2727 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *folio_list)
2728 {
2729         int nid;
2730         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2731         LIST_HEAD(node_folio_list);
2732         unsigned int noreclaim_flag;
2733
2734         if (list_empty(folio_list))
2735                 return nr_reclaimed;
2736
2737         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2738
2739         nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2740         do {
2741                 struct folio *folio = lru_to_folio(folio_list);
2742
2743                 if (nid == folio_nid(folio)) {
2744                         folio_clear_active(folio);
2745                         list_move(&folio->lru, &node_folio_list);
2746                         continue;
2747                 }
2748
2749                 nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2750                 nid = folio_nid(lru_to_folio(folio_list));
2751         } while (!list_empty(folio_list));
2752
2753         nr_reclaimed += reclaim_folio_list(&node_folio_list, NODE_DATA(nid));
2754
2755         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2756
2757         return nr_reclaimed;
2758 }
2759
2760 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2761                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2762 {
2763         if (is_active_lru(lru)) {
2764                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2765                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2766                 else
2767                         sc->skipped_deactivate = 1;
2768                 return 0;
2769         }
2770
2771         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2772 }
2773
2774 /*
2775  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2776  * to do too much work.
2777  *
2778  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2779  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2780  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2781  *
2782  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2783  * folio has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2784  *
2785  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2786  *
2787  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE folios
2788  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2789  * of 3 means 3:1 or 25% of the folios are kept on the inactive list.
2790  *
2791  * total     target    max
2792  * memory    ratio     inactive
2793  * -------------------------------------
2794  *   10MB       1         5MB
2795  *  100MB       1        50MB
2796  *    1GB       3       250MB
2797  *   10GB      10       0.9GB
2798  *  100GB      31         3GB
2799  *    1TB     101        10GB
2800  *   10TB     320        32GB
2801  */
2802 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2803 {
2804         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2805         unsigned long inactive, active;
2806         unsigned long inactive_ratio;
2807         unsigned long gb;
2808
2809         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2810         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2811
2812         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2813         if (gb)
2814                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2815         else
2816                 inactive_ratio = 1;
2817
2818         return inactive * inactive_ratio < active;
2819 }
2820
2821 enum scan_balance {
2822         SCAN_EQUAL,
2823         SCAN_FRACT,
2824         SCAN_ANON,
2825         SCAN_FILE,
2826 };
2827
2828 static void prepare_scan_count(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2829 {
2830         unsigned long file;
2831         struct lruvec *target_lruvec;
2832
2833         if (lru_gen_enabled())
2834                 return;
2835
2836         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2837
2838         /*
2839          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
2840          * lruvec stats for heuristics.
2841          */
2842         mem_cgroup_flush_stats();
2843
2844         /*
2845          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2846          */
2847         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2848         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2849         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2850         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2851
2852         /*
2853          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2854          * and file LRU lists.
2855          */
2856         if (!sc->force_deactivate) {
2857                 unsigned long refaults;
2858
2859                 /*
2860                  * When refaults are being observed, it means a new
2861                  * workingset is being established. Deactivate to get
2862                  * rid of any stale active pages quickly.
2863                  */
2864                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2865                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2866                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] ||
2867                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2868                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2869                 else
2870                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2871
2872                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2873                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2874                 if (refaults != target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] ||
2875                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2876                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2877                 else
2878                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2879         } else
2880                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2881
2882         /*
2883          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2884          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2885          * anonymous pages.
2886          */
2887         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2888         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2889                 sc->cache_trim_mode = 1;
2890         else
2891                 sc->cache_trim_mode = 0;
2892
2893         /*
2894          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2895          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2896          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2897          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2898          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2899          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2900          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2901          */
2902         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2903                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2904                 unsigned long free, anon;
2905                 int z;
2906
2907                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2908                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2909                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2910
2911                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2912                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2913
2914                         if (!managed_zone(zone))
2915                                 continue;
2916
2917                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2918                 }
2919
2920                 /*
2921                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2922                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2923                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2924                  */
2925                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2926
2927                 sc->file_is_tiny =
2928                         file + free <= total_high_wmark &&
2929                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2930                         anon >> sc->priority;
2931         }
2932 }
2933
2934 /*
2935  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2936  * scanned.
2937  *
2938  * nr[0] = anon inactive folios to scan; nr[1] = anon active folios to scan
2939  * nr[2] = file inactive folios to scan; nr[3] = file active folios to scan
2940  */
2941 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2942                            unsigned long *nr)
2943 {
2944         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2945         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2946         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2947         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2948         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2949         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2950         enum scan_balance scan_balance;
2951         unsigned long ap, fp;
2952         enum lru_list lru;
2953
2954         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon folios. */
2955         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2956                 scan_balance = SCAN_FILE;
2957                 goto out;
2958         }
2959
2960         /*
2961          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2962          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2963          * disable swapping for individual groups completely when
2964          * using the memory controller's swap limit feature would be
2965          * too expensive.
2966          */
2967         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2968                 scan_balance = SCAN_FILE;
2969                 goto out;
2970         }
2971
2972         /*
2973          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2974          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2975          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2976          */
2977         if (!sc->priority && swappiness) {
2978                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2979                 goto out;
2980         }
2981
2982         /*
2983          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2984          */
2985         if (sc->file_is_tiny) {
2986                 scan_balance = SCAN_ANON;
2987                 goto out;
2988         }
2989
2990         /*
2991          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2992          * anything from the anonymous working right now.
2993          */
2994         if (sc->cache_trim_mode) {
2995                 scan_balance = SCAN_FILE;
2996                 goto out;
2997         }
2998
2999         scan_balance = SCAN_FRACT;
3000         /*
3001          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
3002          *
3003          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
3004          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
3005          * determined by the share of pages that are refaulting, times
3006          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
3007          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
3008          *
3009          * Although we limit that influence to ensure no list gets
3010          * left behind completely: at least a third of the pressure is
3011          * applied, before swappiness.
3012          *
3013          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
3014          */
3015         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
3016         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
3017         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
3018         total_cost = anon_cost + file_cost;
3019
3020         ap = swappiness * (total_cost + 1);
3021         ap /= anon_cost + 1;
3022
3023         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
3024         fp /= file_cost + 1;
3025
3026         fraction[0] = ap;
3027         fraction[1] = fp;
3028         denominator = ap + fp;
3029 out:
3030         for_each_evictable_lru(lru) {
3031                 int file = is_file_lru(lru);
3032                 unsigned long lruvec_size;
3033                 unsigned long low, min;
3034                 unsigned long scan;
3035
3036                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
3037                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
3038                                       &min, &low);
3039
3040                 if (min || low) {
3041                         /*
3042                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
3043                          * its current usage to its memory.low or memory.min
3044                          * setting.
3045                          *
3046                          * This is important, as otherwise scanning aggression
3047                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
3048                          * approach the memory protection threshold, to totally
3049                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
3050                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
3051                          * also means we simply get no protection at all if we
3052                          * set it too low, which is not ideal.
3053                          *
3054                          * If there is any protection in place, we reduce scan
3055                          * pressure by how much of the total memory used is
3056                          * within protection thresholds.
3057                          *
3058                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
3059                          * we skip over all groups that are within their low
3060                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
3061                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
3062                          * the best-effort low protection. However, we still
3063                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
3064                          * that case instead of simply punishing them all
3065                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
3066                          * memory they are using, reducing the scan pressure
3067                          * again by how much of the total memory used is under
3068                          * hard protection.
3069                          */
3070                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
3071                         unsigned long protection;
3072
3073                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
3074                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
3075                                 protection = low;
3076                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3077                         } else {
3078                                 protection = min;
3079                         }
3080
3081                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
3082                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
3083
3084                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
3085                                 (cgroup_size + 1);
3086
3087                         /*
3088                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
3089                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
3090                          * sc->priority further than desirable.
3091                          */
3092                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
3093                 } else {
3094                         scan = lruvec_size;
3095                 }
3096
3097                 scan >>= sc->priority;
3098
3099                 /*
3100                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
3101                  * scrape out the remaining cache.
3102                  */
3103                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
3104                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
3105
3106                 switch (scan_balance) {
3107                 case SCAN_EQUAL:
3108                         /* Scan lists relative to size */
3109                         break;
3110                 case SCAN_FRACT:
3111                         /*
3112                          * Scan types proportional to swappiness and
3113                          * their relative recent reclaim efficiency.
3114                          * Make sure we don't miss the last page on
3115                          * the offlined memory cgroups because of a
3116                          * round-off error.
3117                          */
3118                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
3119                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
3120                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
3121                                                   denominator);
3122                         break;
3123                 case SCAN_FILE:
3124                 case SCAN_ANON:
3125                         /* Scan one type exclusively */
3126                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
3127                                 scan = 0;
3128                         break;
3129                 default:
3130                         /* Look ma, no brain */
3131                         BUG();
3132                 }
3133
3134                 nr[lru] = scan;
3135         }
3136 }
3137
3138 /*
3139  * Anonymous LRU management is a waste if there is
3140  * ultimately no way to reclaim the memory.
3141  */
3142 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
3143                                struct scan_control *sc)
3144 {
3145         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
3146         if (total_swap_pages > 0)
3147                 return true;
3148
3149         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
3150         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
3151 }
3152
3153 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
3154
3155 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_ENABLED
3156 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_TRUE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3157 #define get_cap(cap)    static_branch_likely(&lru_gen_caps[cap])
3158 #else
3159 DEFINE_STATIC_KEY_ARRAY_FALSE(lru_gen_caps, NR_LRU_GEN_CAPS);
3160 #define get_cap(cap)    static_branch_unlikely(&lru_gen_caps[cap])
3161 #endif
3162
3163 /******************************************************************************
3164  *                          shorthand helpers
3165  ******************************************************************************/
3166
3167 #define LRU_REFS_FLAGS  (BIT(PG_referenced) | BIT(PG_workingset))
3168
3169 #define DEFINE_MAX_SEQ(lruvec)                                          \
3170         unsigned long max_seq = READ_ONCE((lruvec)->lrugen.max_seq)
3171
3172 #define DEFINE_MIN_SEQ(lruvec)                                          \
3173         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE] = {                        \
3174                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_ANON]),      \
3175                 READ_ONCE((lruvec)->lrugen.min_seq[LRU_GEN_FILE]),      \
3176         }
3177
3178 #define for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)                         \
3179         for ((gen) = 0; (gen) < MAX_NR_GENS; (gen)++)                   \
3180                 for ((type) = 0; (type) < ANON_AND_FILE; (type)++)      \
3181                         for ((zone) = 0; (zone) < MAX_NR_ZONES; (zone)++)
3182
3183 static struct lruvec *get_lruvec(struct mem_cgroup *memcg, int nid)
3184 {
3185         struct pglist_data *pgdat = NODE_DATA(nid);
3186
3187 #ifdef CONFIG_MEMCG
3188         if (memcg) {
3189                 struct lruvec *lruvec = &memcg->nodeinfo[nid]->lruvec;
3190
3191                 /* see the comment in mem_cgroup_lruvec() */
3192                 if (!lruvec->pgdat)
3193                         lruvec->pgdat = pgdat;
3194
3195                 return lruvec;
3196         }
3197 #endif
3198         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3199
3200         return &pgdat->__lruvec;
3201 }
3202
3203 static int get_swappiness(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
3204 {
3205         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3206         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
3207
3208         if (!can_demote(pgdat->node_id, sc) &&
3209             mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) < MIN_LRU_BATCH)
3210                 return 0;
3211
3212         return mem_cgroup_swappiness(memcg);
3213 }
3214
3215 static int get_nr_gens(struct lruvec *lruvec, int type)
3216 {
3217         return lruvec->lrugen.max_seq - lruvec->lrugen.min_seq[type] + 1;
3218 }
3219
3220 static bool __maybe_unused seq_is_valid(struct lruvec *lruvec)
3221 {
3222         /* see the comment on lru_gen_struct */
3223         return get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) >= MIN_NR_GENS &&
3224                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_FILE) <= get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) &&
3225                get_nr_gens(lruvec, LRU_GEN_ANON) <= MAX_NR_GENS;
3226 }
3227
3228 /******************************************************************************
3229  *                          mm_struct list
3230  ******************************************************************************/
3231
3232 static struct lru_gen_mm_list *get_mm_list(struct mem_cgroup *memcg)
3233 {
3234         static struct lru_gen_mm_list mm_list = {
3235                 .fifo = LIST_HEAD_INIT(mm_list.fifo),
3236                 .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(mm_list.lock),
3237         };
3238
3239 #ifdef CONFIG_MEMCG
3240         if (memcg)
3241                 return &memcg->mm_list;
3242 #endif
3243         VM_WARN_ON_ONCE(!mem_cgroup_disabled());
3244
3245         return &mm_list;
3246 }
3247
3248 void lru_gen_add_mm(struct mm_struct *mm)
3249 {
3250         int nid;
3251         struct mem_cgroup *memcg = get_mem_cgroup_from_mm(mm);
3252         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3253
3254         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(&mm->lru_gen.list));
3255 #ifdef CONFIG_MEMCG
3256         VM_WARN_ON_ONCE(mm->lru_gen.memcg);
3257         mm->lru_gen.memcg = memcg;
3258 #endif
3259         spin_lock(&mm_list->lock);
3260
3261         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
3262                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3263
3264                 /* the first addition since the last iteration */
3265                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm_list->fifo)
3266                         lruvec->mm_state.tail = &mm->lru_gen.list;
3267         }
3268
3269         list_add_tail(&mm->lru_gen.list, &mm_list->fifo);
3270
3271         spin_unlock(&mm_list->lock);
3272 }
3273
3274 void lru_gen_del_mm(struct mm_struct *mm)
3275 {
3276         int nid;
3277         struct lru_gen_mm_list *mm_list;
3278         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3279
3280         if (list_empty(&mm->lru_gen.list))
3281                 return;
3282
3283 #ifdef CONFIG_MEMCG
3284         memcg = mm->lru_gen.memcg;
3285 #endif
3286         mm_list = get_mm_list(memcg);
3287
3288         spin_lock(&mm_list->lock);
3289
3290         for_each_node(nid) {
3291                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
3292
3293                 /* where the last iteration ended (exclusive) */
3294                 if (lruvec->mm_state.tail == &mm->lru_gen.list)
3295                         lruvec->mm_state.tail = lruvec->mm_state.tail->next;
3296
3297                 /* where the current iteration continues (inclusive) */
3298                 if (lruvec->mm_state.head != &mm->lru_gen.list)
3299                         continue;
3300
3301                 lruvec->mm_state.head = lruvec->mm_state.head->next;
3302                 /* the deletion ends the current iteration */
3303                 if (lruvec->mm_state.head == &mm_list->fifo)
3304                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.seq, lruvec->mm_state.seq + 1);
3305         }
3306
3307         list_del_init(&mm->lru_gen.list);
3308
3309         spin_unlock(&mm_list->lock);
3310
3311 #ifdef CONFIG_MEMCG
3312         mem_cgroup_put(mm->lru_gen.memcg);
3313         mm->lru_gen.memcg = NULL;
3314 #endif
3315 }
3316
3317 #ifdef CONFIG_MEMCG
3318 void lru_gen_migrate_mm(struct mm_struct *mm)
3319 {
3320         struct mem_cgroup *memcg;
3321         struct task_struct *task = rcu_dereference_protected(mm->owner, true);
3322
3323         VM_WARN_ON_ONCE(task->mm != mm);
3324         lockdep_assert_held(&task->alloc_lock);
3325
3326         /* for mm_update_next_owner() */
3327         if (mem_cgroup_disabled())
3328                 return;
3329
3330         /* migration can happen before addition */
3331         if (!mm->lru_gen.memcg)
3332                 return;
3333
3334         rcu_read_lock();
3335         memcg = mem_cgroup_from_task(task);
3336         rcu_read_unlock();
3337         if (memcg == mm->lru_gen.memcg)
3338                 return;
3339
3340         VM_WARN_ON_ONCE(list_empty(&mm->lru_gen.list));
3341
3342         lru_gen_del_mm(mm);
3343         lru_gen_add_mm(mm);
3344 }
3345 #endif
3346
3347 /*
3348  * Bloom filters with m=1<<15, k=2 and the false positive rates of ~1/5 when
3349  * n=10,000 and ~1/2 when n=20,000, where, conventionally, m is the number of
3350  * bits in a bitmap, k is the number of hash functions and n is the number of
3351  * inserted items.
3352  *
3353  * Page table walkers use one of the two filters to reduce their search space.
3354  * To get rid of non-leaf entries that no longer have enough leaf entries, the
3355  * aging uses the double-buffering technique to flip to the other filter each
3356  * time it produces a new generation. For non-leaf entries that have enough
3357  * leaf entries, the aging carries them over to the next generation in
3358  * walk_pmd_range(); the eviction also report them when walking the rmap
3359  * in lru_gen_look_around().
3360  *
3361  * For future optimizations:
3362  * 1. It's not necessary to keep both filters all the time. The spare one can be
3363  *    freed after the RCU grace period and reallocated if needed again.
3364  * 2. And when reallocating, it's worth scaling its size according to the number
3365  *    of inserted entries in the other filter, to reduce the memory overhead on
3366  *    small systems and false positives on large systems.
3367  * 3. Jenkins' hash function is an alternative to Knuth's.
3368  */
3369 #define BLOOM_FILTER_SHIFT      15
3370
3371 static inline int filter_gen_from_seq(unsigned long seq)
3372 {
3373         return seq % NR_BLOOM_FILTERS;
3374 }
3375
3376 static void get_item_key(void *item, int *key)
3377 {
3378         u32 hash = hash_ptr(item, BLOOM_FILTER_SHIFT * 2);
3379
3380         BUILD_BUG_ON(BLOOM_FILTER_SHIFT * 2 > BITS_PER_TYPE(u32));
3381
3382         key[0] = hash & (BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT) - 1);
3383         key[1] = hash >> BLOOM_FILTER_SHIFT;
3384 }
3385
3386 static void reset_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq)
3387 {
3388         unsigned long *filter;
3389         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3390
3391         filter = lruvec->mm_state.filters[gen];
3392         if (filter) {
3393                 bitmap_clear(filter, 0, BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT));
3394                 return;
3395         }
3396
3397         filter = bitmap_zalloc(BIT(BLOOM_FILTER_SHIFT),
3398                                __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
3399         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen], filter);
3400 }
3401
3402 static void update_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3403 {
3404         int key[2];
3405         unsigned long *filter;
3406         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3407
3408         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3409         if (!filter)
3410                 return;
3411
3412         get_item_key(item, key);
3413
3414         if (!test_bit(key[0], filter))
3415                 set_bit(key[0], filter);
3416         if (!test_bit(key[1], filter))
3417                 set_bit(key[1], filter);
3418 }
3419
3420 static bool test_bloom_filter(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, void *item)
3421 {
3422         int key[2];
3423         unsigned long *filter;
3424         int gen = filter_gen_from_seq(seq);
3425
3426         filter = READ_ONCE(lruvec->mm_state.filters[gen]);
3427         if (!filter)
3428                 return true;
3429
3430         get_item_key(item, key);
3431
3432         return test_bit(key[0], filter) && test_bit(key[1], filter);
3433 }
3434
3435 static void reset_mm_stats(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk, bool last)
3436 {
3437         int i;
3438         int hist;
3439
3440         lockdep_assert_held(&get_mm_list(lruvec_memcg(lruvec))->lock);
3441
3442         if (walk) {
3443                 hist = lru_hist_from_seq(walk->max_seq);
3444
3445                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
3446                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i],
3447                                    lruvec->mm_state.stats[hist][i] + walk->mm_stats[i]);
3448                         walk->mm_stats[i] = 0;
3449                 }
3450         }
3451
3452         if (NR_HIST_GENS > 1 && last) {
3453                 hist = lru_hist_from_seq(lruvec->mm_state.seq + 1);
3454
3455                 for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++)
3456                         WRITE_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i], 0);
3457         }
3458 }
3459
3460 static bool should_skip_mm(struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3461 {
3462         int type;
3463         unsigned long size = 0;
3464         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3465         int key = pgdat->node_id % BITS_PER_TYPE(mm->lru_gen.bitmap);
3466
3467         if (!walk->force_scan && !test_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap))
3468                 return true;
3469
3470         clear_bit(key, &mm->lru_gen.bitmap);
3471
3472         for (type = !walk->can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
3473                 size += type ? get_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES) :
3474                                get_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES) +
3475                                get_mm_counter(mm, MM_SHMEMPAGES);
3476         }
3477
3478         if (size < MIN_LRU_BATCH)
3479                 return true;
3480
3481         return !mmget_not_zero(mm);
3482 }
3483
3484 static bool iterate_mm_list(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk,
3485                             struct mm_struct **iter)
3486 {
3487         bool first = false;
3488         bool last = true;
3489         struct mm_struct *mm = NULL;
3490         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3491         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3492         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3493
3494         /*
3495          * There are four interesting cases for this page table walker:
3496          * 1. It tries to start a new iteration of mm_list with a stale max_seq;
3497          *    there is nothing left to do.
3498          * 2. It's the first of the current generation, and it needs to reset
3499          *    the Bloom filter for the next generation.
3500          * 3. It reaches the end of mm_list, and it needs to increment
3501          *    mm_state->seq; the iteration is done.
3502          * 4. It's the last of the current generation, and it needs to reset the
3503          *    mm stats counters for the next generation.
3504          */
3505         spin_lock(&mm_list->lock);
3506
3507         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < walk->max_seq);
3508         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && mm_state->seq > walk->max_seq);
3509         VM_WARN_ON_ONCE(*iter && !mm_state->nr_walkers);
3510
3511         if (walk->max_seq <= mm_state->seq) {
3512                 if (!*iter)
3513                         last = false;
3514                 goto done;
3515         }
3516
3517         if (!mm_state->nr_walkers) {
3518                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3519
3520                 mm_state->head = mm_list->fifo.next;
3521                 first = true;
3522         }
3523
3524         while (!mm && mm_state->head != &mm_list->fifo) {
3525                 mm = list_entry(mm_state->head, struct mm_struct, lru_gen.list);
3526
3527                 mm_state->head = mm_state->head->next;
3528
3529                 /* force scan for those added after the last iteration */
3530                 if (!mm_state->tail || mm_state->tail == &mm->lru_gen.list) {
3531                         mm_state->tail = mm_state->head;
3532                         walk->force_scan = true;
3533                 }
3534
3535                 if (should_skip_mm(mm, walk))
3536                         mm = NULL;
3537         }
3538
3539         if (mm_state->head == &mm_list->fifo)
3540                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3541 done:
3542         if (*iter && !mm)
3543                 mm_state->nr_walkers--;
3544         if (!*iter && mm)
3545                 mm_state->nr_walkers++;
3546
3547         if (mm_state->nr_walkers)
3548                 last = false;
3549
3550         if (*iter || last)
3551                 reset_mm_stats(lruvec, walk, last);
3552
3553         spin_unlock(&mm_list->lock);
3554
3555         if (mm && first)
3556                 reset_bloom_filter(lruvec, walk->max_seq + 1);
3557
3558         if (*iter)
3559                 mmput_async(*iter);
3560
3561         *iter = mm;
3562
3563         return last;
3564 }
3565
3566 static bool iterate_mm_list_nowalk(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq)
3567 {
3568         bool success = false;
3569         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
3570         struct lru_gen_mm_list *mm_list = get_mm_list(memcg);
3571         struct lru_gen_mm_state *mm_state = &lruvec->mm_state;
3572
3573         spin_lock(&mm_list->lock);
3574
3575         VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->seq + 1 < max_seq);
3576
3577         if (max_seq > mm_state->seq && !mm_state->nr_walkers) {
3578                 VM_WARN_ON_ONCE(mm_state->head && mm_state->head != &mm_list->fifo);
3579
3580                 WRITE_ONCE(mm_state->seq, mm_state->seq + 1);
3581                 reset_mm_stats(lruvec, NULL, true);
3582                 success = true;
3583         }
3584
3585         spin_unlock(&mm_list->lock);
3586
3587         return success;
3588 }
3589
3590 /******************************************************************************
3591  *                          refault feedback loop
3592  ******************************************************************************/
3593
3594 /*
3595  * A feedback loop based on Proportional-Integral-Derivative (PID) controller.
3596  *
3597  * The P term is refaulted/(evicted+protected) from a tier in the generation
3598  * currently being evicted; the I term is the exponential moving average of the
3599  * P term over the generations previously evicted, using the smoothing factor
3600  * 1/2; the D term isn't supported.
3601  *
3602  * The setpoint (SP) is always the first tier of one type; the process variable
3603  * (PV) is either any tier of the other type or any other tier of the same
3604  * type.
3605  *
3606  * The error is the difference between the SP and the PV; the correction is to
3607  * turn off protection when SP>PV or turn on protection when SP<PV.
3608  *
3609  * For future optimizations:
3610  * 1. The D term may discount the other two terms over time so that long-lived
3611  *    generations can resist stale information.
3612  */
3613 struct ctrl_pos {
3614         unsigned long refaulted;
3615         unsigned long total;
3616         int gain;
3617 };
3618
3619 static void read_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, int tier, int gain,
3620                           struct ctrl_pos *pos)
3621 {
3622         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3623         int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3624
3625         pos->refaulted = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3626                          atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3627         pos->total = lrugen->avg_total[type][tier] +
3628                      atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3629         if (tier)
3630                 pos->total += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3631         pos->gain = gain;
3632 }
3633
3634 static void reset_ctrl_pos(struct lruvec *lruvec, int type, bool carryover)
3635 {
3636         int hist, tier;
3637         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3638         bool clear = carryover ? NR_HIST_GENS == 1 : NR_HIST_GENS > 1;
3639         unsigned long seq = carryover ? lrugen->min_seq[type] : lrugen->max_seq + 1;
3640
3641         lockdep_assert_held(&lruvec->lru_lock);
3642
3643         if (!carryover && !clear)
3644                 return;
3645
3646         hist = lru_hist_from_seq(seq);
3647
3648         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
3649                 if (carryover) {
3650                         unsigned long sum;
3651
3652                         sum = lrugen->avg_refaulted[type][tier] +
3653                               atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
3654                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier], sum / 2);
3655
3656                         sum = lrugen->avg_total[type][tier] +
3657                               atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
3658                         if (tier)
3659                                 sum += lrugen->protected[hist][type][tier - 1];
3660                         WRITE_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier], sum / 2);
3661                 }
3662
3663                 if (clear) {
3664                         atomic_long_set(&lrugen->refaulted[hist][type][tier], 0);
3665                         atomic_long_set(&lrugen->evicted[hist][type][tier], 0);
3666                         if (tier)
3667                                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1], 0);
3668                 }
3669         }
3670 }
3671
3672 static bool positive_ctrl_err(struct ctrl_pos *sp, struct ctrl_pos *pv)
3673 {
3674         /*
3675          * Return true if the PV has a limited number of refaults or a lower
3676          * refaulted/total than the SP.
3677          */
3678         return pv->refaulted < MIN_LRU_BATCH ||
3679                pv->refaulted * (sp->total + MIN_LRU_BATCH) * sp->gain <=
3680                (sp->refaulted + 1) * pv->total * pv->gain;
3681 }
3682
3683 /******************************************************************************
3684  *                          the aging
3685  ******************************************************************************/
3686
3687 /* promote pages accessed through page tables */
3688 static int folio_update_gen(struct folio *folio, int gen)
3689 {
3690         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3691
3692         VM_WARN_ON_ONCE(gen >= MAX_NR_GENS);
3693         VM_WARN_ON_ONCE(!rcu_read_lock_held());
3694
3695         do {
3696                 /* lru_gen_del_folio() has isolated this page? */
3697                 if (!(old_flags & LRU_GEN_MASK)) {
3698                         /* for shrink_folio_list() */
3699                         new_flags = old_flags | BIT(PG_referenced);
3700                         continue;
3701                 }
3702
3703                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3704                 new_flags |= (gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3705         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3706
3707         return ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3708 }
3709
3710 /* protect pages accessed multiple times through file descriptors */
3711 static int folio_inc_gen(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, bool reclaiming)
3712 {
3713         int type = folio_is_file_lru(folio);
3714         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3715         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
3716         unsigned long new_flags, old_flags = READ_ONCE(folio->flags);
3717
3718         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!(old_flags & LRU_GEN_MASK), folio);
3719
3720         do {
3721                 new_gen = ((old_flags & LRU_GEN_MASK) >> LRU_GEN_PGOFF) - 1;
3722                 /* folio_update_gen() has promoted this page? */
3723                 if (new_gen >= 0 && new_gen != old_gen)
3724                         return new_gen;
3725
3726                 new_gen = (old_gen + 1) % MAX_NR_GENS;
3727
3728                 new_flags = old_flags & ~(LRU_GEN_MASK | LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS);
3729                 new_flags |= (new_gen + 1UL) << LRU_GEN_PGOFF;
3730                 /* for folio_end_writeback() */
3731                 if (reclaiming)
3732                         new_flags |= BIT(PG_reclaim);
3733         } while (!try_cmpxchg(&folio->flags, &old_flags, new_flags));
3734
3735         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
3736
3737         return new_gen;
3738 }
3739
3740 static void update_batch_size(struct lru_gen_mm_walk *walk, struct folio *folio,
3741                               int old_gen, int new_gen)
3742 {
3743         int type = folio_is_file_lru(folio);
3744         int zone = folio_zonenum(folio);
3745         int delta = folio_nr_pages(folio);
3746
3747         VM_WARN_ON_ONCE(old_gen >= MAX_NR_GENS);
3748         VM_WARN_ON_ONCE(new_gen >= MAX_NR_GENS);
3749
3750         walk->batched++;
3751
3752         walk->nr_pages[old_gen][type][zone] -= delta;
3753         walk->nr_pages[new_gen][type][zone] += delta;
3754 }
3755
3756 static void reset_batch_size(struct lruvec *lruvec, struct lru_gen_mm_walk *walk)
3757 {
3758         int gen, type, zone;
3759         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
3760
3761         walk->batched = 0;
3762
3763         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
3764                 enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
3765                 int delta = walk->nr_pages[gen][type][zone];
3766
3767                 if (!delta)
3768                         continue;
3769
3770                 walk->nr_pages[gen][type][zone] = 0;
3771                 WRITE_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone],
3772                            lrugen->nr_pages[gen][type][zone] + delta);
3773
3774                 if (lru_gen_is_active(lruvec, gen))
3775                         lru += LRU_ACTIVE;
3776                 __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
3777         }
3778 }
3779
3780 static int should_skip_vma(unsigned long start, unsigned long end, struct mm_walk *args)
3781 {
3782         struct address_space *mapping;
3783         struct vm_area_struct *vma = args->vma;
3784         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3785
3786         if (!vma_is_accessible(vma))
3787                 return true;
3788
3789         if (is_vm_hugetlb_page(vma))
3790                 return true;
3791
3792         if (vma->vm_flags & (VM_LOCKED | VM_SPECIAL | VM_SEQ_READ | VM_RAND_READ))
3793                 return true;
3794
3795         if (vma == get_gate_vma(vma->vm_mm))
3796                 return true;
3797
3798         if (vma_is_anonymous(vma))
3799                 return !walk->can_swap;
3800
3801         if (WARN_ON_ONCE(!vma->vm_file || !vma->vm_file->f_mapping))
3802                 return true;
3803
3804         mapping = vma->vm_file->f_mapping;
3805         if (mapping_unevictable(mapping))
3806                 return true;
3807
3808         if (shmem_mapping(mapping))
3809                 return !walk->can_swap;
3810
3811         /* to exclude special mappings like dax, etc. */
3812         return !mapping->a_ops->read_folio;
3813 }
3814
3815 /*
3816  * Some userspace memory allocators map many single-page VMAs. Instead of
3817  * returning back to the PGD table for each of such VMAs, finish an entire PMD
3818  * table to reduce zigzags and improve cache performance.
3819  */
3820 static bool get_next_vma(unsigned long mask, unsigned long size, struct mm_walk *args,
3821                          unsigned long *vm_start, unsigned long *vm_end)
3822 {
3823         unsigned long start = round_up(*vm_end, size);
3824         unsigned long end = (start | ~mask) + 1;
3825         VMA_ITERATOR(vmi, args->mm, start);
3826
3827         VM_WARN_ON_ONCE(mask & size);
3828         VM_WARN_ON_ONCE((start & mask) != (*vm_start & mask));
3829
3830         for_each_vma(vmi, args->vma) {
3831                 if (end && end <= args->vma->vm_start)
3832                         return false;
3833
3834                 if (should_skip_vma(args->vma->vm_start, args->vma->vm_end, args))
3835                         continue;
3836
3837                 *vm_start = max(start, args->vma->vm_start);
3838                 *vm_end = min(end - 1, args->vma->vm_end - 1) + 1;
3839
3840                 return true;
3841         }
3842
3843         return false;
3844 }
3845
3846 static unsigned long get_pte_pfn(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3847 {
3848         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
3849
3850         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3851
3852         if (!pte_present(pte) || is_zero_pfn(pfn))
3853                 return -1;
3854
3855         if (WARN_ON_ONCE(pte_devmap(pte) || pte_special(pte)))
3856                 return -1;
3857
3858         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3859                 return -1;
3860
3861         return pfn;
3862 }
3863
3864 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3865 static unsigned long get_pmd_pfn(pmd_t pmd, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
3866 {
3867         unsigned long pfn = pmd_pfn(pmd);
3868
3869         VM_WARN_ON_ONCE(addr < vma->vm_start || addr >= vma->vm_end);
3870
3871         if (!pmd_present(pmd) || is_huge_zero_pmd(pmd))
3872                 return -1;
3873
3874         if (WARN_ON_ONCE(pmd_devmap(pmd)))
3875                 return -1;
3876
3877         if (WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pfn)))
3878                 return -1;
3879
3880         return pfn;
3881 }
3882 #endif
3883
3884 static struct folio *get_pfn_folio(unsigned long pfn, struct mem_cgroup *memcg,
3885                                    struct pglist_data *pgdat, bool can_swap)
3886 {
3887         struct folio *folio;
3888
3889         /* try to avoid unnecessary memory loads */
3890         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
3891                 return NULL;
3892
3893         folio = pfn_folio(pfn);
3894         if (folio_nid(folio) != pgdat->node_id)
3895                 return NULL;
3896
3897         if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
3898                 return NULL;
3899
3900         /* file VMAs can contain anon pages from COW */
3901         if (!folio_is_file_lru(folio) && !can_swap)
3902                 return NULL;
3903
3904         return folio;
3905 }
3906
3907 static bool suitable_to_scan(int total, int young)
3908 {
3909         int n = clamp_t(int, cache_line_size() / sizeof(pte_t), 2, 8);
3910
3911         /* suitable if the average number of young PTEs per cacheline is >=1 */
3912         return young * n >= total;
3913 }
3914
3915 static bool walk_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long start, unsigned long end,
3916                            struct mm_walk *args)
3917 {
3918         int i;
3919         pte_t *pte;
3920         spinlock_t *ptl;
3921         unsigned long addr;
3922         int total = 0;
3923         int young = 0;
3924         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3925         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3926         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3927         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3928
3929         VM_WARN_ON_ONCE(pmd_leaf(*pmd));
3930
3931         ptl = pte_lockptr(args->mm, pmd);
3932         if (!spin_trylock(ptl))
3933                 return false;
3934
3935         arch_enter_lazy_mmu_mode();
3936
3937         pte = pte_offset_map(pmd, start & PMD_MASK);
3938 restart:
3939         for (i = pte_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
3940                 unsigned long pfn;
3941                 struct folio *folio;
3942
3943                 total++;
3944                 walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
3945
3946                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], args->vma, addr);
3947                 if (pfn == -1)
3948                         continue;
3949
3950                 if (!pte_young(pte[i])) {
3951                         walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
3952                         continue;
3953                 }
3954
3955                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
3956                 if (!folio)
3957                         continue;
3958
3959                 if (!ptep_test_and_clear_young(args->vma, addr, pte + i))
3960                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
3961
3962                 young++;
3963                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
3964
3965                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
3966                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
3967                       !folio_test_swapcache(folio)))
3968                         folio_mark_dirty(folio);
3969
3970                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
3971                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
3972                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
3973         }
3974
3975         if (i < PTRS_PER_PTE && get_next_vma(PMD_MASK, PAGE_SIZE, args, &start, &end))
3976                 goto restart;
3977
3978         pte_unmap(pte);
3979
3980         arch_leave_lazy_mmu_mode();
3981         spin_unlock(ptl);
3982
3983         return suitable_to_scan(total, young);
3984 }
3985
3986 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) || defined(CONFIG_ARCH_HAS_NONLEAF_PMD_YOUNG)
3987 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
3988                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
3989 {
3990         int i;
3991         pmd_t *pmd;
3992         spinlock_t *ptl;
3993         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
3994         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(walk->lruvec);
3995         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
3996         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(walk->max_seq);
3997
3998         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
3999
4000         /* try to batch at most 1+MIN_LRU_BATCH+1 entries */
4001         if (*start == -1) {
4002                 *start = next;
4003                 return;
4004         }
4005
4006         i = next == -1 ? 0 : pmd_index(next) - pmd_index(*start);
4007         if (i && i <= MIN_LRU_BATCH) {
4008                 __set_bit(i - 1, bitmap);
4009                 return;
4010         }
4011
4012         pmd = pmd_offset(pud, *start);
4013
4014         ptl = pmd_lockptr(args->mm, pmd);
4015         if (!spin_trylock(ptl))
4016                 goto done;
4017
4018         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4019
4020         do {
4021                 unsigned long pfn;
4022                 struct folio *folio;
4023                 unsigned long addr = i ? (*start & PMD_MASK) + i * PMD_SIZE : *start;
4024
4025                 pfn = get_pmd_pfn(pmd[i], vma, addr);
4026                 if (pfn == -1)
4027                         goto next;
4028
4029                 if (!pmd_trans_huge(pmd[i])) {
4030                         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4031                             get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
4032                                 pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i);
4033                         goto next;
4034                 }
4035
4036                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, walk->can_swap);
4037                 if (!folio)
4038                         goto next;
4039
4040                 if (!pmdp_test_and_clear_young(vma, addr, pmd + i))
4041                         goto next;
4042
4043                 walk->mm_stats[MM_LEAF_YOUNG]++;
4044
4045                 if (pmd_dirty(pmd[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4046                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4047                       !folio_test_swapcache(folio)))
4048                         folio_mark_dirty(folio);
4049
4050                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4051                 if (old_gen >= 0 && old_gen != new_gen)
4052                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4053 next:
4054                 i = i > MIN_LRU_BATCH ? 0 : find_next_bit(bitmap, MIN_LRU_BATCH, i) + 1;
4055         } while (i <= MIN_LRU_BATCH);
4056
4057         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4058         spin_unlock(ptl);
4059 done:
4060         *start = -1;
4061         bitmap_zero(bitmap, MIN_LRU_BATCH);
4062 }
4063 #else
4064 static void walk_pmd_range_locked(pud_t *pud, unsigned long next, struct vm_area_struct *vma,
4065                                   struct mm_walk *args, unsigned long *bitmap, unsigned long *start)
4066 {
4067 }
4068 #endif
4069
4070 static void walk_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long start, unsigned long end,
4071                            struct mm_walk *args)
4072 {
4073         int i;
4074         pmd_t *pmd;
4075         unsigned long next;
4076         unsigned long addr;
4077         struct vm_area_struct *vma;
4078         unsigned long pos = -1;
4079         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4080         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4081
4082         VM_WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud));
4083
4084         /*
4085          * Finish an entire PMD in two passes: the first only reaches to PTE
4086          * tables to avoid taking the PMD lock; the second, if necessary, takes
4087          * the PMD lock to clear the accessed bit in PMD entries.
4088          */
4089         pmd = pmd_offset(pud, start & PUD_MASK);
4090 restart:
4091         /* walk_pte_range() may call get_next_vma() */
4092         vma = args->vma;
4093         for (i = pmd_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4094                 pmd_t val = pmdp_get_lockless(pmd + i);
4095
4096                 next = pmd_addr_end(addr, end);
4097
4098                 if (!pmd_present(val) || is_huge_zero_pmd(val)) {
4099                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4100                         continue;
4101                 }
4102
4103 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4104                 if (pmd_trans_huge(val)) {
4105                         unsigned long pfn = pmd_pfn(val);
4106                         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(walk->lruvec);
4107
4108                         walk->mm_stats[MM_LEAF_TOTAL]++;
4109
4110                         if (!pmd_young(val)) {
4111                                 walk->mm_stats[MM_LEAF_OLD]++;
4112                                 continue;
4113                         }
4114
4115                         /* try to avoid unnecessary memory loads */
4116                         if (pfn < pgdat->node_start_pfn || pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat))
4117                                 continue;
4118
4119                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4120                         continue;
4121                 }
4122 #endif
4123                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_TOTAL]++;
4124
4125                 if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() &&
4126                     get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG)) {
4127                         if (!pmd_young(val))
4128                                 continue;
4129
4130                         walk_pmd_range_locked(pud, addr, vma, args, bitmap, &pos);
4131                 }
4132
4133                 if (!walk->force_scan && !test_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq, pmd + i))
4134                         continue;
4135
4136                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_FOUND]++;
4137
4138                 if (!walk_pte_range(&val, addr, next, args))
4139                         continue;
4140
4141                 walk->mm_stats[MM_NONLEAF_ADDED]++;
4142
4143                 /* carry over to the next generation */
4144                 update_bloom_filter(walk->lruvec, walk->max_seq + 1, pmd + i);
4145         }
4146
4147         walk_pmd_range_locked(pud, -1, vma, args, bitmap, &pos);
4148
4149         if (i < PTRS_PER_PMD && get_next_vma(PUD_MASK, PMD_SIZE, args, &start, &end))
4150                 goto restart;
4151 }
4152
4153 static int walk_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long start, unsigned long end,
4154                           struct mm_walk *args)
4155 {
4156         int i;
4157         pud_t *pud;
4158         unsigned long addr;
4159         unsigned long next;
4160         struct lru_gen_mm_walk *walk = args->private;
4161
4162         VM_WARN_ON_ONCE(p4d_leaf(*p4d));
4163
4164         pud = pud_offset(p4d, start & P4D_MASK);
4165 restart:
4166         for (i = pud_index(start), addr = start; addr != end; i++, addr = next) {
4167                 pud_t val = READ_ONCE(pud[i]);
4168
4169                 next = pud_addr_end(addr, end);
4170
4171                 if (!pud_present(val) || WARN_ON_ONCE(pud_leaf(val)))
4172                         continue;
4173
4174                 walk_pmd_range(&val, addr, next, args);
4175
4176                 /* a racy check to curtail the waiting time */
4177                 if (wq_has_sleeper(&walk->lruvec->mm_state.wait))
4178                         return 1;
4179
4180                 if (need_resched() || walk->batched >= MAX_LRU_BATCH) {
4181                         end = (addr | ~PUD_MASK) + 1;
4182                         goto done;
4183                 }
4184         }
4185
4186         if (i < PTRS_PER_PUD && get_next_vma(P4D_MASK, PUD_SIZE, args, &start, &end))
4187                 goto restart;
4188
4189         end = round_up(end, P4D_SIZE);
4190 done:
4191         if (!end || !args->vma)
4192                 return 1;
4193
4194         walk->next_addr = max(end, args->vma->vm_start);
4195
4196         return -EAGAIN;
4197 }
4198
4199 static void walk_mm(struct lruvec *lruvec, struct mm_struct *mm, struct lru_gen_mm_walk *walk)
4200 {
4201         static const struct mm_walk_ops mm_walk_ops = {
4202                 .test_walk = should_skip_vma,
4203                 .p4d_entry = walk_pud_range,
4204         };
4205
4206         int err;
4207         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4208
4209         walk->next_addr = FIRST_USER_ADDRESS;
4210
4211         do {
4212                 err = -EBUSY;
4213
4214                 /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4215                 if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4216                         break;
4217
4218                 /* the caller might be holding the lock for write */
4219                 if (mmap_read_trylock(mm)) {
4220                         err = walk_page_range(mm, walk->next_addr, ULONG_MAX, &mm_walk_ops, walk);
4221
4222                         mmap_read_unlock(mm);
4223                 }
4224
4225                 mem_cgroup_unlock_pages();
4226
4227                 if (walk->batched) {
4228                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4229                         reset_batch_size(lruvec, walk);
4230                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4231                 }
4232
4233                 cond_resched();
4234         } while (err == -EAGAIN);
4235 }
4236
4237 static struct lru_gen_mm_walk *set_mm_walk(struct pglist_data *pgdat)
4238 {
4239         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4240
4241         if (pgdat && current_is_kswapd()) {
4242                 VM_WARN_ON_ONCE(walk);
4243
4244                 walk = &pgdat->mm_walk;
4245         } else if (!pgdat && !walk) {
4246                 VM_WARN_ON_ONCE(current_is_kswapd());
4247
4248                 walk = kzalloc(sizeof(*walk), __GFP_HIGH | __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NOWARN);
4249         }
4250
4251         current->reclaim_state->mm_walk = walk;
4252
4253         return walk;
4254 }
4255
4256 static void clear_mm_walk(void)
4257 {
4258         struct lru_gen_mm_walk *walk = current->reclaim_state->mm_walk;
4259
4260         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->nr_pages, 0, sizeof(walk->nr_pages)));
4261         VM_WARN_ON_ONCE(walk && memchr_inv(walk->mm_stats, 0, sizeof(walk->mm_stats)));
4262
4263         current->reclaim_state->mm_walk = NULL;
4264
4265         if (!current_is_kswapd())
4266                 kfree(walk);
4267 }
4268
4269 static bool inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, int type, bool can_swap)
4270 {
4271         int zone;
4272         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4273         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4274         int new_gen, old_gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4275
4276         if (type == LRU_GEN_ANON && !can_swap)
4277                 goto done;
4278
4279         /* prevent cold/hot inversion if force_scan is true */
4280         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4281                 struct list_head *head = &lrugen->lists[old_gen][type][zone];
4282
4283                 while (!list_empty(head)) {
4284                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4285
4286                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4287                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4288                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4289                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4290
4291                         new_gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4292                         list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[new_gen][type][zone]);
4293
4294                         if (!--remaining)
4295                                 return false;
4296                 }
4297         }
4298 done:
4299         reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4300         WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], lrugen->min_seq[type] + 1);
4301
4302         return true;
4303 }
4304
4305 static bool try_to_inc_min_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap)
4306 {
4307         int gen, type, zone;
4308         bool success = false;
4309         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4310         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4311
4312         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4313
4314         /* find the oldest populated generation */
4315         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4316                 while (min_seq[type] + MIN_NR_GENS <= lrugen->max_seq) {
4317                         gen = lru_gen_from_seq(min_seq[type]);
4318
4319                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4320                                 if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
4321                                         goto next;
4322                         }
4323
4324                         min_seq[type]++;
4325                 }
4326 next:
4327                 ;
4328         }
4329
4330         /* see the comment on lru_gen_struct */
4331         if (can_swap) {
4332                 min_seq[LRU_GEN_ANON] = min(min_seq[LRU_GEN_ANON], min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4333                 min_seq[LRU_GEN_FILE] = max(min_seq[LRU_GEN_ANON], lrugen->min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4334         }
4335
4336         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4337                 if (min_seq[type] == lrugen->min_seq[type])
4338                         continue;
4339
4340                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, true);
4341                 WRITE_ONCE(lrugen->min_seq[type], min_seq[type]);
4342                 success = true;
4343         }
4344
4345         return success;
4346 }
4347
4348 static void inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, bool can_swap, bool force_scan)
4349 {
4350         int prev, next;
4351         int type, zone;
4352         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4353
4354         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4355
4356         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
4357
4358         for (type = ANON_AND_FILE - 1; type >= 0; type--) {
4359                 if (get_nr_gens(lruvec, type) != MAX_NR_GENS)
4360                         continue;
4361
4362                 VM_WARN_ON_ONCE(!force_scan && (type == LRU_GEN_FILE || can_swap));
4363
4364                 while (!inc_min_seq(lruvec, type, can_swap)) {
4365                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4366                         cond_resched();
4367                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4368                 }
4369         }
4370
4371         /*
4372          * Update the active/inactive LRU sizes for compatibility. Both sides of
4373          * the current max_seq need to be covered, since max_seq+1 can overlap
4374          * with min_seq[LRU_GEN_ANON] if swapping is constrained. And if they do
4375          * overlap, cold/hot inversion happens.
4376          */
4377         prev = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq - 1);
4378         next = lru_gen_from_seq(lrugen->max_seq + 1);
4379
4380         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4381                 for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
4382                         enum lru_list lru = type * LRU_INACTIVE_FILE;
4383                         long delta = lrugen->nr_pages[prev][type][zone] -
4384                                      lrugen->nr_pages[next][type][zone];
4385
4386                         if (!delta)
4387                                 continue;
4388
4389                         __update_lru_size(lruvec, lru, zone, delta);
4390                         __update_lru_size(lruvec, lru + LRU_ACTIVE, zone, -delta);
4391                 }
4392         }
4393
4394         for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++)
4395                 reset_ctrl_pos(lruvec, type, false);
4396
4397         WRITE_ONCE(lrugen->timestamps[next], jiffies);
4398         /* make sure preceding modifications appear */
4399         smp_store_release(&lrugen->max_seq, lrugen->max_seq + 1);
4400
4401         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4402 }
4403
4404 static bool try_to_inc_max_seq(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq,
4405                                struct scan_control *sc, bool can_swap, bool force_scan)
4406 {
4407         bool success;
4408         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4409         struct mm_struct *mm = NULL;
4410         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4411
4412         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq > READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4413
4414         /* see the comment in iterate_mm_list() */
4415         if (max_seq <= READ_ONCE(lruvec->mm_state.seq)) {
4416                 success = false;
4417                 goto done;
4418         }
4419
4420         /*
4421          * If the hardware doesn't automatically set the accessed bit, fallback
4422          * to lru_gen_look_around(), which only clears the accessed bit in a
4423          * handful of PTEs. Spreading the work out over a period of time usually
4424          * is less efficient, but it avoids bursty page faults.
4425          */
4426         if (!force_scan && !(arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))) {
4427                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4428                 goto done;
4429         }
4430
4431         walk = set_mm_walk(NULL);
4432         if (!walk) {
4433                 success = iterate_mm_list_nowalk(lruvec, max_seq);
4434                 goto done;
4435         }
4436
4437         walk->lruvec = lruvec;
4438         walk->max_seq = max_seq;
4439         walk->can_swap = can_swap;
4440         walk->force_scan = force_scan;
4441
4442         do {
4443                 success = iterate_mm_list(lruvec, walk, &mm);
4444                 if (mm)
4445                         walk_mm(lruvec, mm, walk);
4446
4447                 cond_resched();
4448         } while (mm);
4449 done:
4450         if (!success) {
4451                 if (sc->priority <= DEF_PRIORITY - 2)
4452                         wait_event_killable(lruvec->mm_state.wait,
4453                                             max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4454
4455                 return max_seq < READ_ONCE(lrugen->max_seq);
4456         }
4457
4458         VM_WARN_ON_ONCE(max_seq != READ_ONCE(lrugen->max_seq));
4459
4460         inc_max_seq(lruvec, can_swap, force_scan);
4461         /* either this sees any waiters or they will see updated max_seq */
4462         if (wq_has_sleeper(&lruvec->mm_state.wait))
4463                 wake_up_all(&lruvec->mm_state.wait);
4464
4465         return true;
4466 }
4467
4468 static bool should_run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
4469                              struct scan_control *sc, bool can_swap, unsigned long *nr_to_scan)
4470 {
4471         int gen, type, zone;
4472         unsigned long old = 0;
4473         unsigned long young = 0;
4474         unsigned long total = 0;
4475         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4476         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4477
4478         for (type = !can_swap; type < ANON_AND_FILE; type++) {
4479                 unsigned long seq;
4480
4481                 for (seq = min_seq[type]; seq <= max_seq; seq++) {
4482                         unsigned long size = 0;
4483
4484                         gen = lru_gen_from_seq(seq);
4485
4486                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
4487                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
4488
4489                         total += size;
4490                         if (seq == max_seq)
4491                                 young += size;
4492                         else if (seq + MIN_NR_GENS == max_seq)
4493                                 old += size;
4494                 }
4495         }
4496
4497         /* try to scrape all its memory if this memcg was deleted */
4498         *nr_to_scan = mem_cgroup_online(memcg) ? (total >> sc->priority) : total;
4499
4500         /*
4501          * The aging tries to be lazy to reduce the overhead, while the eviction
4502          * stalls when the number of generations reaches MIN_NR_GENS. Hence, the
4503          * ideal number of generations is MIN_NR_GENS+1.
4504          */
4505         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS > max_seq)
4506                 return true;
4507         if (min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS < max_seq)
4508                 return false;
4509
4510         /*
4511          * It's also ideal to spread pages out evenly, i.e., 1/(MIN_NR_GENS+1)
4512          * of the total number of pages for each generation. A reasonable range
4513          * for this average portion is [1/MIN_NR_GENS, 1/(MIN_NR_GENS+2)]. The
4514          * aging cares about the upper bound of hot pages, while the eviction
4515          * cares about the lower bound of cold pages.
4516          */
4517         if (young * MIN_NR_GENS > total)
4518                 return true;
4519         if (old * (MIN_NR_GENS + 2) < total)
4520                 return true;
4521
4522         return false;
4523 }
4524
4525 static bool age_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, unsigned long min_ttl)
4526 {
4527         bool need_aging;
4528         unsigned long nr_to_scan;
4529         int swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
4530         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4531         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4532         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4533
4534         VM_WARN_ON_ONCE(sc->memcg_low_reclaim);
4535
4536         mem_cgroup_calculate_protection(NULL, memcg);
4537
4538         if (mem_cgroup_below_min(NULL, memcg))
4539                 return false;
4540
4541         need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, swappiness, &nr_to_scan);
4542
4543         if (min_ttl) {
4544                 int gen = lru_gen_from_seq(min_seq[LRU_GEN_FILE]);
4545                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
4546
4547                 if (time_is_after_jiffies(birth + min_ttl))
4548                         return false;
4549
4550                 /* the size is likely too small to be helpful */
4551                 if (!nr_to_scan && sc->priority != DEF_PRIORITY)
4552                         return false;
4553         }
4554
4555         if (need_aging)
4556                 try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, swappiness, false);
4557
4558         return true;
4559 }
4560
4561 /* to protect the working set of the last N jiffies */
4562 static unsigned long lru_gen_min_ttl __read_mostly;
4563
4564 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
4565 {
4566         struct mem_cgroup *memcg;
4567         bool success = false;
4568         unsigned long min_ttl = READ_ONCE(lru_gen_min_ttl);
4569
4570         VM_WARN_ON_ONCE(!current_is_kswapd());
4571
4572         sc->last_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
4573
4574         /*
4575          * To reduce the chance of going into the aging path, which can be
4576          * costly, optimistically skip it if the flag below was cleared in the
4577          * eviction path. This improves the overall performance when multiple
4578          * memcgs are available.
4579          */
4580         if (!sc->memcgs_need_aging) {
4581                 sc->memcgs_need_aging = true;
4582                 return;
4583         }
4584
4585         set_mm_walk(pgdat);
4586
4587         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
4588         do {
4589                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4590
4591                 if (age_lruvec(lruvec, sc, min_ttl))
4592                         success = true;
4593
4594                 cond_resched();
4595         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
4596
4597         clear_mm_walk();
4598
4599         /* check the order to exclude compaction-induced reclaim */
4600         if (success || !min_ttl || sc->order)
4601                 return;
4602
4603         /*
4604          * The main goal is to OOM kill if every generation from all memcgs is
4605          * younger than min_ttl. However, another possibility is all memcgs are
4606          * either below min or empty.
4607          */
4608         if (mutex_trylock(&oom_lock)) {
4609                 struct oom_control oc = {
4610                         .gfp_mask = sc->gfp_mask,
4611                 };
4612
4613                 out_of_memory(&oc);
4614
4615                 mutex_unlock(&oom_lock);
4616         }
4617 }
4618
4619 /*
4620  * This function exploits spatial locality when shrink_folio_list() walks the
4621  * rmap. It scans the adjacent PTEs of a young PTE and promotes hot pages. If
4622  * the scan was done cacheline efficiently, it adds the PMD entry pointing to
4623  * the PTE table to the Bloom filter. This forms a feedback loop between the
4624  * eviction and the aging.
4625  */
4626 void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
4627 {
4628         int i;
4629         pte_t *pte;
4630         unsigned long start;
4631         unsigned long end;
4632         unsigned long addr;
4633         struct lru_gen_mm_walk *walk;
4634         int young = 0;
4635         unsigned long bitmap[BITS_TO_LONGS(MIN_LRU_BATCH)] = {};
4636         struct folio *folio = pfn_folio(pvmw->pfn);
4637         struct mem_cgroup *memcg = folio_memcg(folio);
4638         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
4639         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
4640         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
4641         int old_gen, new_gen = lru_gen_from_seq(max_seq);
4642
4643         lockdep_assert_held(pvmw->ptl);
4644         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
4645
4646         if (spin_is_contended(pvmw->ptl))
4647                 return;
4648
4649         /* avoid taking the LRU lock under the PTL when possible */
4650         walk = current->reclaim_state ? current->reclaim_state->mm_walk : NULL;
4651
4652         start = max(pvmw->address & PMD_MASK, pvmw->vma->vm_start);
4653         end = min(pvmw->address | ~PMD_MASK, pvmw->vma->vm_end - 1) + 1;
4654
4655         if (end - start > MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE) {
4656                 if (pvmw->address - start < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4657                         end = start + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4658                 else if (end - pvmw->address < MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2)
4659                         start = end - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE;
4660                 else {
4661                         start = pvmw->address - MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4662                         end = pvmw->address + MIN_LRU_BATCH * PAGE_SIZE / 2;
4663                 }
4664         }
4665
4666         pte = pvmw->pte - (pvmw->address - start) / PAGE_SIZE;
4667
4668         rcu_read_lock();
4669         arch_enter_lazy_mmu_mode();
4670
4671         for (i = 0, addr = start; addr != end; i++, addr += PAGE_SIZE) {
4672                 unsigned long pfn;
4673
4674                 pfn = get_pte_pfn(pte[i], pvmw->vma, addr);
4675                 if (pfn == -1)
4676                         continue;
4677
4678                 if (!pte_young(pte[i]))
4679                         continue;
4680
4681                 folio = get_pfn_folio(pfn, memcg, pgdat, !walk || walk->can_swap);
4682                 if (!folio)
4683                         continue;
4684
4685                 if (!ptep_test_and_clear_young(pvmw->vma, addr, pte + i))
4686                         VM_WARN_ON_ONCE(true);
4687
4688                 young++;
4689
4690                 if (pte_dirty(pte[i]) && !folio_test_dirty(folio) &&
4691                     !(folio_test_anon(folio) && folio_test_swapbacked(folio) &&
4692                       !folio_test_swapcache(folio)))
4693                         folio_mark_dirty(folio);
4694
4695                 old_gen = folio_lru_gen(folio);
4696                 if (old_gen < 0)
4697                         folio_set_referenced(folio);
4698                 else if (old_gen != new_gen)
4699                         __set_bit(i, bitmap);
4700         }
4701
4702         arch_leave_lazy_mmu_mode();
4703         rcu_read_unlock();
4704
4705         /* feedback from rmap walkers to page table walkers */
4706         if (suitable_to_scan(i, young))
4707                 update_bloom_filter(lruvec, max_seq, pvmw->pmd);
4708
4709         if (!walk && bitmap_weight(bitmap, MIN_LRU_BATCH) < PAGEVEC_SIZE) {
4710                 for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4711                         folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4712                         folio_activate(folio);
4713                 }
4714                 return;
4715         }
4716
4717         /* folio_update_gen() requires stable folio_memcg() */
4718         if (!mem_cgroup_trylock_pages(memcg))
4719                 return;
4720
4721         if (!walk) {
4722                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
4723                 new_gen = lru_gen_from_seq(lruvec->lrugen.max_seq);
4724         }
4725
4726         for_each_set_bit(i, bitmap, MIN_LRU_BATCH) {
4727                 folio = pfn_folio(pte_pfn(pte[i]));
4728                 if (folio_memcg_rcu(folio) != memcg)
4729                         continue;
4730
4731                 old_gen = folio_update_gen(folio, new_gen);
4732                 if (old_gen < 0 || old_gen == new_gen)
4733                         continue;
4734
4735                 if (walk)
4736                         update_batch_size(walk, folio, old_gen, new_gen);
4737                 else
4738                         lru_gen_update_size(lruvec, folio, old_gen, new_gen);
4739         }
4740
4741         if (!walk)
4742                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
4743
4744         mem_cgroup_unlock_pages();
4745 }
4746
4747 /******************************************************************************
4748  *                          the eviction
4749  ******************************************************************************/
4750
4751 static bool sort_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, int tier_idx)
4752 {
4753         bool success;
4754         int gen = folio_lru_gen(folio);
4755         int type = folio_is_file_lru(folio);
4756         int zone = folio_zonenum(folio);
4757         int delta = folio_nr_pages(folio);
4758         int refs = folio_lru_refs(folio);
4759         int tier = lru_tier_from_refs(refs);
4760         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4761
4762         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(gen >= MAX_NR_GENS, folio);
4763
4764         /* unevictable */
4765         if (!folio_evictable(folio)) {
4766                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4767                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4768                 folio_set_unevictable(folio);
4769                 lruvec_add_folio(lruvec, folio);
4770                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCULLED, delta);
4771                 return true;
4772         }
4773
4774         /* dirty lazyfree */
4775         if (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_anon(folio) && folio_test_dirty(folio)) {
4776                 success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4777                 VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4778                 folio_set_swapbacked(folio);
4779                 lruvec_add_folio_tail(lruvec, folio);
4780                 return true;
4781         }
4782
4783         /* promoted */
4784         if (gen != lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type])) {
4785                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4786                 return true;
4787         }
4788
4789         /* protected */
4790         if (tier > tier_idx) {
4791                 int hist = lru_hist_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4792
4793                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, false);
4794                 list_move_tail(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4795
4796                 WRITE_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1],
4797                            lrugen->protected[hist][type][tier - 1] + delta);
4798                 __mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + type, delta);
4799                 return true;
4800         }
4801
4802         /* waiting for writeback */
4803         if (folio_test_locked(folio) || folio_test_writeback(folio) ||
4804             (type == LRU_GEN_FILE && folio_test_dirty(folio))) {
4805                 gen = folio_inc_gen(lruvec, folio, true);
4806                 list_move(&folio->lru, &lrugen->lists[gen][type][zone]);
4807                 return true;
4808         }
4809
4810         return false;
4811 }
4812
4813 static bool isolate_folio(struct lruvec *lruvec, struct folio *folio, struct scan_control *sc)
4814 {
4815         bool success;
4816
4817         /* unmapping inhibited */
4818         if (!sc->may_unmap && folio_mapped(folio))
4819                 return false;
4820
4821         /* swapping inhibited */
4822         if (!(sc->may_writepage && (sc->gfp_mask & __GFP_IO)) &&
4823             (folio_test_dirty(folio) ||
4824              (folio_test_anon(folio) && !folio_test_swapcache(folio))))
4825                 return false;
4826
4827         /* raced with release_pages() */
4828         if (!folio_try_get(folio))
4829                 return false;
4830
4831         /* raced with another isolation */
4832         if (!folio_test_clear_lru(folio)) {
4833                 folio_put(folio);
4834                 return false;
4835         }
4836
4837         /* see the comment on MAX_NR_TIERS */
4838         if (!folio_test_referenced(folio))
4839                 set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS, 0);
4840
4841         /* for shrink_folio_list() */
4842         folio_clear_reclaim(folio);
4843         folio_clear_referenced(folio);
4844
4845         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, true);
4846         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!success, folio);
4847
4848         return true;
4849 }
4850
4851 static int scan_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
4852                        int type, int tier, struct list_head *list)
4853 {
4854         int gen, zone;
4855         enum vm_event_item item;
4856         int sorted = 0;
4857         int scanned = 0;
4858         int isolated = 0;
4859         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
4860         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
4861         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
4862
4863         VM_WARN_ON_ONCE(!list_empty(list));
4864
4865         if (get_nr_gens(lruvec, type) == MIN_NR_GENS)
4866                 return 0;
4867
4868         gen = lru_gen_from_seq(lrugen->min_seq[type]);
4869
4870         for (zone = sc->reclaim_idx; zone >= 0; zone--) {
4871                 LIST_HEAD(moved);
4872                 int skipped = 0;
4873                 struct list_head *head = &lrugen->lists[gen][type][zone];
4874
4875                 while (!list_empty(head)) {
4876                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
4877                         int delta = folio_nr_pages(folio);
4878
4879                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
4880                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
4881                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
4882                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
4883
4884                         scanned += delta;
4885
4886                         if (sort_folio(lruvec, folio, tier))
4887                                 sorted += delta;
4888                         else if (isolate_folio(lruvec, folio, sc)) {
4889                                 list_add(&folio->lru, list);
4890                                 isolated += delta;
4891                         } else {
4892                                 list_move(&folio->lru, &moved);
4893                                 skipped += delta;
4894                         }
4895
4896                         if (!--remaining || max(isolated, skipped) >= MIN_LRU_BATCH)
4897                                 break;
4898                 }
4899
4900                 if (skipped) {
4901                         list_splice(&moved, head);
4902                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zone, skipped);
4903                 }
4904
4905                 if (!remaining || isolated >= MIN_LRU_BATCH)
4906                         break;
4907         }
4908
4909         item = PGSCAN_KSWAPD + reclaimer_offset();
4910         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
4911                 __count_vm_events(item, isolated);
4912                 __count_vm_events(PGREFILL, sorted);
4913         }
4914         __count_memcg_events(memcg, item, isolated);
4915         __count_memcg_events(memcg, PGREFILL, sorted);
4916         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + type, isolated);
4917
4918         /*
4919          * There might not be eligible pages due to reclaim_idx, may_unmap and
4920          * may_writepage. Check the remaining to prevent livelock if it's not
4921          * making progress.
4922          */
4923         return isolated || !remaining ? scanned : 0;
4924 }
4925
4926 static int get_tier_idx(struct lruvec *lruvec, int type)
4927 {
4928         int tier;
4929         struct ctrl_pos sp, pv;
4930
4931         /*
4932          * To leave a margin for fluctuations, use a larger gain factor (1:2).
4933          * This value is chosen because any other tier would have at least twice
4934          * as many refaults as the first tier.
4935          */
4936         read_ctrl_pos(lruvec, type, 0, 1, &sp);
4937         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4938                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, 2, &pv);
4939                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4940                         break;
4941         }
4942
4943         return tier - 1;
4944 }
4945
4946 static int get_type_to_scan(struct lruvec *lruvec, int swappiness, int *tier_idx)
4947 {
4948         int type, tier;
4949         struct ctrl_pos sp, pv;
4950         int gain[ANON_AND_FILE] = { swappiness, 200 - swappiness };
4951
4952         /*
4953          * Compare the first tier of anon with that of file to determine which
4954          * type to scan. Also need to compare other tiers of the selected type
4955          * with the first tier of the other type to determine the last tier (of
4956          * the selected type) to evict.
4957          */
4958         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_ANON, 0, gain[LRU_GEN_ANON], &sp);
4959         read_ctrl_pos(lruvec, LRU_GEN_FILE, 0, gain[LRU_GEN_FILE], &pv);
4960         type = positive_ctrl_err(&sp, &pv);
4961
4962         read_ctrl_pos(lruvec, !type, 0, gain[!type], &sp);
4963         for (tier = 1; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
4964                 read_ctrl_pos(lruvec, type, tier, gain[type], &pv);
4965                 if (!positive_ctrl_err(&sp, &pv))
4966                         break;
4967         }
4968
4969         *tier_idx = tier - 1;
4970
4971         return type;
4972 }
4973
4974 static int isolate_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
4975                           int *type_scanned, struct list_head *list)
4976 {
4977         int i;
4978         int type;
4979         int scanned;
4980         int tier = -1;
4981         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
4982
4983         /*
4984          * Try to make the obvious choice first. When anon and file are both
4985          * available from the same generation, interpret swappiness 1 as file
4986          * first and 200 as anon first.
4987          */
4988         if (!swappiness)
4989                 type = LRU_GEN_FILE;
4990         else if (min_seq[LRU_GEN_ANON] < min_seq[LRU_GEN_FILE])
4991                 type = LRU_GEN_ANON;
4992         else if (swappiness == 1)
4993                 type = LRU_GEN_FILE;
4994         else if (swappiness == 200)
4995                 type = LRU_GEN_ANON;
4996         else
4997                 type = get_type_to_scan(lruvec, swappiness, &tier);
4998
4999         for (i = !swappiness; i < ANON_AND_FILE; i++) {
5000                 if (tier < 0)
5001                         tier = get_tier_idx(lruvec, type);
5002
5003                 scanned = scan_folios(lruvec, sc, type, tier, list);
5004                 if (scanned)
5005                         break;
5006
5007                 type = !type;
5008                 tier = -1;
5009         }
5010
5011         *type_scanned = type;
5012
5013         return scanned;
5014 }
5015
5016 static int evict_folios(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc, int swappiness,
5017                         bool *need_swapping)
5018 {
5019         int type;
5020         int scanned;
5021         int reclaimed;
5022         LIST_HEAD(list);
5023         LIST_HEAD(clean);
5024         struct folio *folio;
5025         struct folio *next;
5026         enum vm_event_item item;
5027         struct reclaim_stat stat;
5028         struct lru_gen_mm_walk *walk;
5029         bool skip_retry = false;
5030         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5031         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
5032
5033         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5034
5035         scanned = isolate_folios(lruvec, sc, swappiness, &type, &list);
5036
5037         scanned += try_to_inc_min_seq(lruvec, swappiness);
5038
5039         if (get_nr_gens(lruvec, !swappiness) == MIN_NR_GENS)
5040                 scanned = 0;
5041
5042         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5043
5044         if (list_empty(&list))
5045                 return scanned;
5046 retry:
5047         reclaimed = shrink_folio_list(&list, pgdat, sc, &stat, false);
5048         sc->nr_reclaimed += reclaimed;
5049
5050         list_for_each_entry_safe_reverse(folio, next, &list, lru) {
5051                 if (!folio_evictable(folio)) {
5052                         list_del(&folio->lru);
5053                         folio_putback_lru(folio);
5054                         continue;
5055                 }
5056
5057                 if (folio_test_reclaim(folio) &&
5058                     (folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio))) {
5059                         /* restore LRU_REFS_FLAGS cleared by isolate_folio() */
5060                         if (folio_test_workingset(folio))
5061                                 folio_set_referenced(folio);
5062                         continue;
5063                 }
5064
5065                 if (skip_retry || folio_test_active(folio) || folio_test_referenced(folio) ||
5066                     folio_mapped(folio) || folio_test_locked(folio) ||
5067                     folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio)) {
5068                         /* don't add rejected folios to the oldest generation */
5069                         set_mask_bits(&folio->flags, LRU_REFS_MASK | LRU_REFS_FLAGS,
5070                                       BIT(PG_active));
5071                         continue;
5072                 }
5073
5074                 /* retry folios that may have missed folio_rotate_reclaimable() */
5075                 list_move(&folio->lru, &clean);
5076                 sc->nr_scanned -= folio_nr_pages(folio);
5077         }
5078
5079         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5080
5081         move_folios_to_lru(lruvec, &list);
5082
5083         walk = current->reclaim_state->mm_walk;
5084         if (walk && walk->batched)
5085                 reset_batch_size(lruvec, walk);
5086
5087         item = PGSTEAL_KSWAPD + reclaimer_offset();
5088         if (!cgroup_reclaim(sc))
5089                 __count_vm_events(item, reclaimed);
5090         __count_memcg_events(memcg, item, reclaimed);
5091         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + type, reclaimed);
5092
5093         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5094
5095         mem_cgroup_uncharge_list(&list);
5096         free_unref_page_list(&list);
5097
5098         INIT_LIST_HEAD(&list);
5099         list_splice_init(&clean, &list);
5100
5101         if (!list_empty(&list)) {
5102                 skip_retry = true;
5103                 goto retry;
5104         }
5105
5106         if (need_swapping && type == LRU_GEN_ANON)
5107                 *need_swapping = true;
5108
5109         return scanned;
5110 }
5111
5112 /*
5113  * For future optimizations:
5114  * 1. Defer try_to_inc_max_seq() to workqueues to reduce latency for memcg
5115  *    reclaim.
5116  */
5117 static unsigned long get_nr_to_scan(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
5118                                     bool can_swap, bool *need_aging)
5119 {
5120         unsigned long nr_to_scan;
5121         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5122         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5123         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5124
5125         if (mem_cgroup_below_min(sc->target_mem_cgroup, memcg) ||
5126             (mem_cgroup_below_low(sc->target_mem_cgroup, memcg) &&
5127              !sc->memcg_low_reclaim))
5128                 return 0;
5129
5130         *need_aging = should_run_aging(lruvec, max_seq, min_seq, sc, can_swap, &nr_to_scan);
5131         if (!*need_aging)
5132                 return nr_to_scan;
5133
5134         /* skip the aging path at the default priority */
5135         if (sc->priority == DEF_PRIORITY)
5136                 goto done;
5137
5138         /* leave the work to lru_gen_age_node() */
5139         if (current_is_kswapd())
5140                 return 0;
5141
5142         if (try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, false))
5143                 return nr_to_scan;
5144 done:
5145         return min_seq[!can_swap] + MIN_NR_GENS <= max_seq ? nr_to_scan : 0;
5146 }
5147
5148 static bool should_abort_scan(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq,
5149                               struct scan_control *sc, bool need_swapping)
5150 {
5151         int i;
5152         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5153
5154         if (!current_is_kswapd()) {
5155                 /* age each memcg at most once to ensure fairness */
5156                 if (max_seq - seq > 1)
5157                         return true;
5158
5159                 /* over-swapping can increase allocation latency */
5160                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim && need_swapping)
5161                         return true;
5162
5163                 /* give this thread a chance to exit and free its memory */
5164                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5165                         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5166                         return true;
5167                 }
5168
5169                 if (cgroup_reclaim(sc))
5170                         return false;
5171         } else if (sc->nr_reclaimed - sc->last_reclaimed < sc->nr_to_reclaim)
5172                 return false;
5173
5174         /* keep scanning at low priorities to ensure fairness */
5175         if (sc->priority > DEF_PRIORITY - 2)
5176                 return false;
5177
5178         /*
5179          * A minimum amount of work was done under global memory pressure. For
5180          * kswapd, it may be overshooting. For direct reclaim, the allocation
5181          * may succeed if all suitable zones are somewhat safe. In either case,
5182          * it's better to stop now, and restart later if necessary.
5183          */
5184         for (i = 0; i <= sc->reclaim_idx; i++) {
5185                 unsigned long wmark;
5186                 struct zone *zone = lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones + i;
5187
5188                 if (!managed_zone(zone))
5189                         continue;
5190
5191                 wmark = current_is_kswapd() ? high_wmark_pages(zone) : low_wmark_pages(zone);
5192                 if (wmark > zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES))
5193                         return false;
5194         }
5195
5196         sc->nr_reclaimed += MIN_LRU_BATCH;
5197
5198         return true;
5199 }
5200
5201 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5202 {
5203         struct blk_plug plug;
5204         bool need_aging = false;
5205         bool need_swapping = false;
5206         unsigned long scanned = 0;
5207         unsigned long reclaimed = sc->nr_reclaimed;
5208         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5209
5210         lru_add_drain();
5211
5212         blk_start_plug(&plug);
5213
5214         set_mm_walk(lruvec_pgdat(lruvec));
5215
5216         while (true) {
5217                 int delta;
5218                 int swappiness;
5219                 unsigned long nr_to_scan;
5220
5221                 if (sc->may_swap)
5222                         swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5223                 else if (!cgroup_reclaim(sc) && get_swappiness(lruvec, sc))
5224                         swappiness = 1;
5225                 else
5226                         swappiness = 0;
5227
5228                 nr_to_scan = get_nr_to_scan(lruvec, sc, swappiness, &need_aging);
5229                 if (!nr_to_scan)
5230                         goto done;
5231
5232                 delta = evict_folios(lruvec, sc, swappiness, &need_swapping);
5233                 if (!delta)
5234                         goto done;
5235
5236                 scanned += delta;
5237                 if (scanned >= nr_to_scan)
5238                         break;
5239
5240                 if (should_abort_scan(lruvec, max_seq, sc, need_swapping))
5241                         break;
5242
5243                 cond_resched();
5244         }
5245
5246         /* see the comment in lru_gen_age_node() */
5247         if (sc->nr_reclaimed - reclaimed >= MIN_LRU_BATCH && !need_aging)
5248                 sc->memcgs_need_aging = false;
5249 done:
5250         clear_mm_walk();
5251
5252         blk_finish_plug(&plug);
5253 }
5254
5255 /******************************************************************************
5256  *                          state change
5257  ******************************************************************************/
5258
5259 static bool __maybe_unused state_is_valid(struct lruvec *lruvec)
5260 {
5261         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5262
5263         if (lrugen->enabled) {
5264                 enum lru_list lru;
5265
5266                 for_each_evictable_lru(lru) {
5267                         if (!list_empty(&lruvec->lists[lru]))
5268                                 return false;
5269                 }
5270         } else {
5271                 int gen, type, zone;
5272
5273                 for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5274                         if (!list_empty(&lrugen->lists[gen][type][zone]))
5275                                 return false;
5276                 }
5277         }
5278
5279         return true;
5280 }
5281
5282 static bool fill_evictable(struct lruvec *lruvec)
5283 {
5284         enum lru_list lru;
5285         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5286
5287         for_each_evictable_lru(lru) {
5288                 int type = is_file_lru(lru);
5289                 bool active = is_active_lru(lru);
5290                 struct list_head *head = &lruvec->lists[lru];
5291
5292                 while (!list_empty(head)) {
5293                         bool success;
5294                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5295
5296                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5297                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio) != active, folio);
5298                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5299                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_lru_gen(folio) != -1, folio);
5300
5301                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
5302                         success = lru_gen_add_folio(lruvec, folio, false);
5303                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5304
5305                         if (!--remaining)
5306                                 return false;
5307                 }
5308         }
5309
5310         return true;
5311 }
5312
5313 static bool drain_evictable(struct lruvec *lruvec)
5314 {
5315         int gen, type, zone;
5316         int remaining = MAX_LRU_BATCH;
5317
5318         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone) {
5319                 struct list_head *head = &lruvec->lrugen.lists[gen][type][zone];
5320
5321                 while (!list_empty(head)) {
5322                         bool success;
5323                         struct folio *folio = lru_to_folio(head);
5324
5325                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_unevictable(folio), folio);
5326                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_test_active(folio), folio);
5327                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_is_file_lru(folio) != type, folio);
5328                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(folio_zonenum(folio) != zone, folio);
5329
5330                         success = lru_gen_del_folio(lruvec, folio, false);
5331                         VM_WARN_ON_ONCE(!success);
5332                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
5333
5334                         if (!--remaining)
5335                                 return false;
5336                 }
5337         }
5338
5339         return true;
5340 }
5341
5342 static void lru_gen_change_state(bool enabled)
5343 {
5344         static DEFINE_MUTEX(state_mutex);
5345
5346         struct mem_cgroup *memcg;
5347
5348         cgroup_lock();
5349         cpus_read_lock();
5350         get_online_mems();
5351         mutex_lock(&state_mutex);
5352
5353         if (enabled == lru_gen_enabled())
5354                 goto unlock;
5355
5356         if (enabled)
5357                 static_branch_enable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5358         else
5359                 static_branch_disable_cpuslocked(&lru_gen_caps[LRU_GEN_CORE]);
5360
5361         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5362         do {
5363                 int nid;
5364
5365                 for_each_node(nid) {
5366                         struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5367
5368                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5369
5370                         VM_WARN_ON_ONCE(!seq_is_valid(lruvec));
5371                         VM_WARN_ON_ONCE(!state_is_valid(lruvec));
5372
5373                         lruvec->lrugen.enabled = enabled;
5374
5375                         while (!(enabled ? fill_evictable(lruvec) : drain_evictable(lruvec))) {
5376                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5377                                 cond_resched();
5378                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
5379                         }
5380
5381                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
5382                 }
5383
5384                 cond_resched();
5385         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5386 unlock:
5387         mutex_unlock(&state_mutex);
5388         put_online_mems();
5389         cpus_read_unlock();
5390         cgroup_unlock();
5391 }
5392
5393 /******************************************************************************
5394  *                          sysfs interface
5395  ******************************************************************************/
5396
5397 static ssize_t show_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5398 {
5399         return sprintf(buf, "%u\n", jiffies_to_msecs(READ_ONCE(lru_gen_min_ttl)));
5400 }
5401
5402 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5403 static ssize_t store_min_ttl(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5404                              const char *buf, size_t len)
5405 {
5406         unsigned int msecs;
5407
5408         if (kstrtouint(buf, 0, &msecs))
5409                 return -EINVAL;
5410
5411         WRITE_ONCE(lru_gen_min_ttl, msecs_to_jiffies(msecs));
5412
5413         return len;
5414 }
5415
5416 static struct kobj_attribute lru_gen_min_ttl_attr = __ATTR(
5417         min_ttl_ms, 0644, show_min_ttl, store_min_ttl
5418 );
5419
5420 static ssize_t show_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
5421 {
5422         unsigned int caps = 0;
5423
5424         if (get_cap(LRU_GEN_CORE))
5425                 caps |= BIT(LRU_GEN_CORE);
5426
5427         if (arch_has_hw_pte_young() && get_cap(LRU_GEN_MM_WALK))
5428                 caps |= BIT(LRU_GEN_MM_WALK);
5429
5430         if (arch_has_hw_nonleaf_pmd_young() && get_cap(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG))
5431                 caps |= BIT(LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG);
5432
5433         return sysfs_emit(buf, "0x%04x\n", caps);
5434 }
5435
5436 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5437 static ssize_t store_enabled(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
5438                              const char *buf, size_t len)
5439 {
5440         int i;
5441         unsigned int caps;
5442
5443         if (tolower(*buf) == 'n')
5444                 caps = 0;
5445         else if (tolower(*buf) == 'y')
5446                 caps = -1;
5447         else if (kstrtouint(buf, 0, &caps))
5448                 return -EINVAL;
5449
5450         for (i = 0; i < NR_LRU_GEN_CAPS; i++) {
5451                 bool enabled = caps & BIT(i);
5452
5453                 if (i == LRU_GEN_CORE)
5454                         lru_gen_change_state(enabled);
5455                 else if (enabled)
5456                         static_branch_enable(&lru_gen_caps[i]);
5457                 else
5458                         static_branch_disable(&lru_gen_caps[i]);
5459         }
5460
5461         return len;
5462 }
5463
5464 static struct kobj_attribute lru_gen_enabled_attr = __ATTR(
5465         enabled, 0644, show_enabled, store_enabled
5466 );
5467
5468 static struct attribute *lru_gen_attrs[] = {
5469         &lru_gen_min_ttl_attr.attr,
5470         &lru_gen_enabled_attr.attr,
5471         NULL
5472 };
5473
5474 static struct attribute_group lru_gen_attr_group = {
5475         .name = "lru_gen",
5476         .attrs = lru_gen_attrs,
5477 };
5478
5479 /******************************************************************************
5480  *                          debugfs interface
5481  ******************************************************************************/
5482
5483 static void *lru_gen_seq_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
5484 {
5485         struct mem_cgroup *memcg;
5486         loff_t nr_to_skip = *pos;
5487
5488         m->private = kvmalloc(PATH_MAX, GFP_KERNEL);
5489         if (!m->private)
5490                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
5491
5492         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
5493         do {
5494                 int nid;
5495
5496                 for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5497                         if (!nr_to_skip--)
5498                                 return get_lruvec(memcg, nid);
5499                 }
5500         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)));
5501
5502         return NULL;
5503 }
5504
5505 static void lru_gen_seq_stop(struct seq_file *m, void *v)
5506 {
5507         if (!IS_ERR_OR_NULL(v))
5508                 mem_cgroup_iter_break(NULL, lruvec_memcg(v));
5509
5510         kvfree(m->private);
5511         m->private = NULL;
5512 }
5513
5514 static void *lru_gen_seq_next(struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos)
5515 {
5516         int nid = lruvec_pgdat(v)->node_id;
5517         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(v);
5518
5519         ++*pos;
5520
5521         nid = next_memory_node(nid);
5522         if (nid == MAX_NUMNODES) {
5523                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
5524                 if (!memcg)
5525                         return NULL;
5526
5527                 nid = first_memory_node;
5528         }
5529
5530         return get_lruvec(memcg, nid);
5531 }
5532
5533 static void lru_gen_seq_show_full(struct seq_file *m, struct lruvec *lruvec,
5534                                   unsigned long max_seq, unsigned long *min_seq,
5535                                   unsigned long seq)
5536 {
5537         int i;
5538         int type, tier;
5539         int hist = lru_hist_from_seq(seq);
5540         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5541
5542         for (tier = 0; tier < MAX_NR_TIERS; tier++) {
5543                 seq_printf(m, "            %10d", tier);
5544                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5545                         const char *s = "   ";
5546                         unsigned long n[3] = {};
5547
5548                         if (seq == max_seq) {
5549                                 s = "RT ";
5550                                 n[0] = READ_ONCE(lrugen->avg_refaulted[type][tier]);
5551                                 n[1] = READ_ONCE(lrugen->avg_total[type][tier]);
5552                         } else if (seq == min_seq[type] || NR_HIST_GENS > 1) {
5553                                 s = "rep";
5554                                 n[0] = atomic_long_read(&lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
5555                                 n[1] = atomic_long_read(&lrugen->evicted[hist][type][tier]);
5556                                 if (tier)
5557                                         n[2] = READ_ONCE(lrugen->protected[hist][type][tier - 1]);
5558                         }
5559
5560                         for (i = 0; i < 3; i++)
5561                                 seq_printf(m, " %10lu%c", n[i], s[i]);
5562                 }
5563                 seq_putc(m, '\n');
5564         }
5565
5566         seq_puts(m, "                      ");
5567         for (i = 0; i < NR_MM_STATS; i++) {
5568                 const char *s = "      ";
5569                 unsigned long n = 0;
5570
5571                 if (seq == max_seq && NR_HIST_GENS == 1) {
5572                         s = "LOYNFA";
5573                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5574                 } else if (seq != max_seq && NR_HIST_GENS > 1) {
5575                         s = "loynfa";
5576                         n = READ_ONCE(lruvec->mm_state.stats[hist][i]);
5577                 }
5578
5579                 seq_printf(m, " %10lu%c", n, s[i]);
5580         }
5581         seq_putc(m, '\n');
5582 }
5583
5584 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5585 static int lru_gen_seq_show(struct seq_file *m, void *v)
5586 {
5587         unsigned long seq;
5588         bool full = !debugfs_real_fops(m->file)->write;
5589         struct lruvec *lruvec = v;
5590         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5591         int nid = lruvec_pgdat(lruvec)->node_id;
5592         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
5593         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5594         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5595
5596         if (nid == first_memory_node) {
5597                 const char *path = memcg ? m->private : "";
5598
5599 #ifdef CONFIG_MEMCG
5600                 if (memcg)
5601                         cgroup_path(memcg->css.cgroup, m->private, PATH_MAX);
5602 #endif
5603                 seq_printf(m, "memcg %5hu %s\n", mem_cgroup_id(memcg), path);
5604         }
5605
5606         seq_printf(m, " node %5d\n", nid);
5607
5608         if (!full)
5609                 seq = min_seq[LRU_GEN_ANON];
5610         else if (max_seq >= MAX_NR_GENS)
5611                 seq = max_seq - MAX_NR_GENS + 1;
5612         else
5613                 seq = 0;
5614
5615         for (; seq <= max_seq; seq++) {
5616                 int type, zone;
5617                 int gen = lru_gen_from_seq(seq);
5618                 unsigned long birth = READ_ONCE(lruvec->lrugen.timestamps[gen]);
5619
5620                 seq_printf(m, " %10lu %10u", seq, jiffies_to_msecs(jiffies - birth));
5621
5622                 for (type = 0; type < ANON_AND_FILE; type++) {
5623                         unsigned long size = 0;
5624                         char mark = full && seq < min_seq[type] ? 'x' : ' ';
5625
5626                         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++)
5627                                 size += max(READ_ONCE(lrugen->nr_pages[gen][type][zone]), 0L);
5628
5629                         seq_printf(m, " %10lu%c", size, mark);
5630                 }
5631
5632                 seq_putc(m, '\n');
5633
5634                 if (full)
5635                         lru_gen_seq_show_full(m, lruvec, max_seq, min_seq, seq);
5636         }
5637
5638         return 0;
5639 }
5640
5641 static const struct seq_operations lru_gen_seq_ops = {
5642         .start = lru_gen_seq_start,
5643         .stop = lru_gen_seq_stop,
5644         .next = lru_gen_seq_next,
5645         .show = lru_gen_seq_show,
5646 };
5647
5648 static int run_aging(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5649                      bool can_swap, bool force_scan)
5650 {
5651         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5652         DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5653
5654         if (seq < max_seq)
5655                 return 0;
5656
5657         if (seq > max_seq)
5658                 return -EINVAL;
5659
5660         if (!force_scan && min_seq[!can_swap] + MAX_NR_GENS - 1 <= max_seq)
5661                 return -ERANGE;
5662
5663         try_to_inc_max_seq(lruvec, max_seq, sc, can_swap, force_scan);
5664
5665         return 0;
5666 }
5667
5668 static int run_eviction(struct lruvec *lruvec, unsigned long seq, struct scan_control *sc,
5669                         int swappiness, unsigned long nr_to_reclaim)
5670 {
5671         DEFINE_MAX_SEQ(lruvec);
5672
5673         if (seq + MIN_NR_GENS > max_seq)
5674                 return -EINVAL;
5675
5676         sc->nr_reclaimed = 0;
5677
5678         while (!signal_pending(current)) {
5679                 DEFINE_MIN_SEQ(lruvec);
5680
5681                 if (seq < min_seq[!swappiness])
5682                         return 0;
5683
5684                 if (sc->nr_reclaimed >= nr_to_reclaim)
5685                         return 0;
5686
5687                 if (!evict_folios(lruvec, sc, swappiness, NULL))
5688                         return 0;
5689
5690                 cond_resched();
5691         }
5692
5693         return -EINTR;
5694 }
5695
5696 static int run_cmd(char cmd, int memcg_id, int nid, unsigned long seq,
5697                    struct scan_control *sc, int swappiness, unsigned long opt)
5698 {
5699         struct lruvec *lruvec;
5700         int err = -EINVAL;
5701         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
5702
5703         if (nid < 0 || nid >= MAX_NUMNODES || !node_state(nid, N_MEMORY))
5704                 return -EINVAL;
5705
5706         if (!mem_cgroup_disabled()) {
5707                 rcu_read_lock();
5708                 memcg = mem_cgroup_from_id(memcg_id);
5709 #ifdef CONFIG_MEMCG
5710                 if (memcg && !css_tryget(&memcg->css))
5711                         memcg = NULL;
5712 #endif
5713                 rcu_read_unlock();
5714
5715                 if (!memcg)
5716                         return -EINVAL;
5717         }
5718
5719         if (memcg_id != mem_cgroup_id(memcg))
5720                 goto done;
5721
5722         lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5723
5724         if (swappiness < 0)
5725                 swappiness = get_swappiness(lruvec, sc);
5726         else if (swappiness > 200)
5727                 goto done;
5728
5729         switch (cmd) {
5730         case '+':
5731                 err = run_aging(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5732                 break;
5733         case '-':
5734                 err = run_eviction(lruvec, seq, sc, swappiness, opt);
5735                 break;
5736         }
5737 done:
5738         mem_cgroup_put(memcg);
5739
5740         return err;
5741 }
5742
5743 /* see Documentation/admin-guide/mm/multigen_lru.rst for details */
5744 static ssize_t lru_gen_seq_write(struct file *file, const char __user *src,
5745                                  size_t len, loff_t *pos)
5746 {
5747         void *buf;
5748         char *cur, *next;
5749         unsigned int flags;
5750         struct blk_plug plug;
5751         int err = -EINVAL;
5752         struct scan_control sc = {
5753                 .may_writepage = true,
5754                 .may_unmap = true,
5755                 .may_swap = true,
5756                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
5757                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
5758         };
5759
5760         buf = kvmalloc(len + 1, GFP_KERNEL);
5761         if (!buf)
5762                 return -ENOMEM;
5763
5764         if (copy_from_user(buf, src, len)) {
5765                 kvfree(buf);
5766                 return -EFAULT;
5767         }
5768
5769         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
5770         flags = memalloc_noreclaim_save();
5771         blk_start_plug(&plug);
5772         if (!set_mm_walk(NULL)) {
5773                 err = -ENOMEM;
5774                 goto done;
5775         }
5776
5777         next = buf;
5778         next[len] = '\0';
5779
5780         while ((cur = strsep(&next, ",;\n"))) {
5781                 int n;
5782                 int end;
5783                 char cmd;
5784                 unsigned int memcg_id;
5785                 unsigned int nid;
5786                 unsigned long seq;
5787                 unsigned int swappiness = -1;
5788                 unsigned long opt = -1;
5789
5790                 cur = skip_spaces(cur);
5791                 if (!*cur)
5792                         continue;
5793
5794                 n = sscanf(cur, "%c %u %u %lu %n %u %n %lu %n", &cmd, &memcg_id, &nid,
5795                            &seq, &end, &swappiness, &end, &opt, &end);
5796                 if (n < 4 || cur[end]) {
5797                         err = -EINVAL;
5798                         break;
5799                 }
5800
5801                 err = run_cmd(cmd, memcg_id, nid, seq, &sc, swappiness, opt);
5802                 if (err)
5803                         break;
5804         }
5805 done:
5806         clear_mm_walk();
5807         blk_finish_plug(&plug);
5808         memalloc_noreclaim_restore(flags);
5809         set_task_reclaim_state(current, NULL);
5810
5811         kvfree(buf);
5812
5813         return err ? : len;
5814 }
5815
5816 static int lru_gen_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
5817 {
5818         return seq_open(file, &lru_gen_seq_ops);
5819 }
5820
5821 static const struct file_operations lru_gen_rw_fops = {
5822         .open = lru_gen_seq_open,
5823         .read = seq_read,
5824         .write = lru_gen_seq_write,
5825         .llseek = seq_lseek,
5826         .release = seq_release,
5827 };
5828
5829 static const struct file_operations lru_gen_ro_fops = {
5830         .open = lru_gen_seq_open,
5831         .read = seq_read,
5832         .llseek = seq_lseek,
5833         .release = seq_release,
5834 };
5835
5836 /******************************************************************************
5837  *                          initialization
5838  ******************************************************************************/
5839
5840 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
5841 {
5842         int i;
5843         int gen, type, zone;
5844         struct lru_gen_struct *lrugen = &lruvec->lrugen;
5845
5846         lrugen->max_seq = MIN_NR_GENS + 1;
5847         lrugen->enabled = lru_gen_enabled();
5848
5849         for (i = 0; i <= MIN_NR_GENS + 1; i++)
5850                 lrugen->timestamps[i] = jiffies;
5851
5852         for_each_gen_type_zone(gen, type, zone)
5853                 INIT_LIST_HEAD(&lrugen->lists[gen][type][zone]);
5854
5855         lruvec->mm_state.seq = MIN_NR_GENS;
5856         init_waitqueue_head(&lruvec->mm_state.wait);
5857 }
5858
5859 #ifdef CONFIG_MEMCG
5860 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5861 {
5862         INIT_LIST_HEAD(&memcg->mm_list.fifo);
5863         spin_lock_init(&memcg->mm_list.lock);
5864 }
5865
5866 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
5867 {
5868         int i;
5869         int nid;
5870
5871         for_each_node(nid) {
5872                 struct lruvec *lruvec = get_lruvec(memcg, nid);
5873
5874                 VM_WARN_ON_ONCE(memchr_inv(lruvec->lrugen.nr_pages, 0,
5875                                            sizeof(lruvec->lrugen.nr_pages)));
5876
5877                 for (i = 0; i < NR_BLOOM_FILTERS; i++) {
5878                         bitmap_free(lruvec->mm_state.filters[i]);
5879                         lruvec->mm_state.filters[i] = NULL;
5880                 }
5881         }
5882 }
5883 #endif
5884
5885 static int __init init_lru_gen(void)
5886 {
5887         BUILD_BUG_ON(MIN_NR_GENS + 1 >= MAX_NR_GENS);
5888         BUILD_BUG_ON(BIT(LRU_GEN_WIDTH) <= MAX_NR_GENS);
5889
5890         if (sysfs_create_group(mm_kobj, &lru_gen_attr_group))
5891                 pr_err("lru_gen: failed to create sysfs group\n");
5892
5893         debugfs_create_file("lru_gen", 0644, NULL, NULL, &lru_gen_rw_fops);
5894         debugfs_create_file("lru_gen_full", 0444, NULL, NULL, &lru_gen_ro_fops);
5895
5896         return 0;
5897 };
5898 late_initcall(init_lru_gen);
5899
5900 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
5901
5902 static void lru_gen_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
5903 {
5904 }
5905
5906 static void lru_gen_shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5907 {
5908 }
5909
5910 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
5911
5912 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
5913 {
5914         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
5915         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
5916         unsigned long nr_to_scan;
5917         enum lru_list lru;
5918         unsigned long nr_reclaimed = 0;
5919         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
5920         bool proportional_reclaim;
5921         struct blk_plug plug;
5922
5923         if (lru_gen_enabled()) {
5924                 lru_gen_shrink_lruvec(lruvec, sc);
5925                 return;
5926         }
5927
5928         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
5929
5930         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
5931         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
5932
5933         /*
5934          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
5935          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
5936          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
5937          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
5938          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
5939          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
5940          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
5941          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
5942          * dropped to zero at the first pass.
5943          */
5944         proportional_reclaim = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
5945                                 sc->priority == DEF_PRIORITY);
5946
5947         blk_start_plug(&plug);
5948         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
5949                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
5950                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
5951                 unsigned long nr_scanned;
5952
5953                 for_each_evictable_lru(lru) {
5954                         if (nr[lru]) {
5955                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
5956                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
5957
5958                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
5959                                                             lruvec, sc);
5960                         }
5961                 }
5962
5963                 cond_resched();
5964
5965                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || proportional_reclaim)
5966                         continue;
5967
5968                 /*
5969                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
5970                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
5971                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
5972                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
5973                  * proportional to the original scan target.
5974                  */
5975                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
5976                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
5977
5978                 /*
5979                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
5980                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
5981                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
5982                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
5983                  */
5984                 if (!nr_file || !nr_anon)
5985                         break;
5986
5987                 if (nr_file > nr_anon) {
5988                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
5989                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
5990                         lru = LRU_BASE;
5991                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
5992                 } else {
5993                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
5994                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
5995                         lru = LRU_FILE;
5996                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
5997                 }
5998
5999                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
6000                 nr[lru] = 0;
6001                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
6002
6003                 /*
6004                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
6005                  * scan target and the percentage scanning already complete
6006                  */
6007                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
6008                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6009                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6010                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6011
6012                 lru += LRU_ACTIVE;
6013                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
6014                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
6015                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
6016         }
6017         blk_finish_plug(&plug);
6018         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
6019
6020         /*
6021          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
6022          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
6023          */
6024         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
6025             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6026                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6027                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6028 }
6029
6030 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
6031 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
6032 {
6033         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
6034                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
6035                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
6036                 return true;
6037
6038         return false;
6039 }
6040
6041 /*
6042  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
6043  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
6044  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
6045  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
6046  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
6047  */
6048 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
6049                                         unsigned long nr_reclaimed,
6050                                         struct scan_control *sc)
6051 {
6052         unsigned long pages_for_compaction;
6053         unsigned long inactive_lru_pages;
6054         int z;
6055
6056         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
6057         if (!in_reclaim_compaction(sc))
6058                 return false;
6059
6060         /*
6061          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
6062          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
6063          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
6064          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
6065          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
6066          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
6067          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
6068          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
6069          */
6070         if (!nr_reclaimed)
6071                 return false;
6072
6073         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
6074         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6075                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
6076                 if (!managed_zone(zone))
6077                         continue;
6078
6079                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
6080                 case COMPACT_SUCCESS:
6081                 case COMPACT_CONTINUE:
6082                         return false;
6083                 default:
6084                         /* check next zone */
6085                         ;
6086                 }
6087         }
6088
6089         /*
6090          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
6091          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
6092          */
6093         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
6094         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
6095         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
6096                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
6097
6098         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
6099 }
6100
6101 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6102 {
6103         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
6104         struct mem_cgroup *memcg;
6105
6106         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
6107         do {
6108                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6109                 unsigned long reclaimed;
6110                 unsigned long scanned;
6111
6112                 /*
6113                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
6114                  * aren't eligible for reclaim - either because they
6115                  * don't have any reclaimable pages, or because their
6116                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
6117                  */
6118                 cond_resched();
6119
6120                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
6121
6122                 if (mem_cgroup_below_min(target_memcg, memcg)) {
6123                         /*
6124                          * Hard protection.
6125                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
6126                          */
6127                         continue;
6128                 } else if (mem_cgroup_below_low(target_memcg, memcg)) {
6129                         /*
6130                          * Soft protection.
6131                          * Respect the protection only as long as
6132                          * there is an unprotected supply
6133                          * of reclaimable memory from other cgroups.
6134                          */
6135                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
6136                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
6137                                 continue;
6138                         }
6139                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
6140                 }
6141
6142                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6143                 scanned = sc->nr_scanned;
6144
6145                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
6146
6147                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
6148                             sc->priority);
6149
6150                 /* Record the group's reclaim efficiency */
6151                 if (!sc->proactive)
6152                         vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
6153                                    sc->nr_scanned - scanned,
6154                                    sc->nr_reclaimed - reclaimed);
6155
6156         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
6157 }
6158
6159 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6160 {
6161         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
6162         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
6163         struct lruvec *target_lruvec;
6164         bool reclaimable = false;
6165
6166         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
6167
6168 again:
6169         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
6170
6171         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
6172         nr_scanned = sc->nr_scanned;
6173
6174         prepare_scan_count(pgdat, sc);
6175
6176         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
6177
6178         if (reclaim_state) {
6179                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
6180                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
6181         }
6182
6183         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
6184         if (!sc->proactive)
6185                 vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
6186                            sc->nr_scanned - nr_scanned,
6187                            sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
6188
6189         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
6190                 reclaimable = true;
6191
6192         if (current_is_kswapd()) {
6193                 /*
6194                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
6195                  * it implies that the long-lived page allocation rate
6196                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
6197                  * global limits are not being effective at throttling
6198                  * processes due to the page distribution throughout
6199                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
6200                  * device. The only option is to throttle from reclaim
6201                  * context which is not ideal as there is no guarantee
6202                  * the dirtying process is throttled in the same way
6203                  * balance_dirty_pages() manages.
6204                  *
6205                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
6206                  * count the number of pages under pages flagged for
6207                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
6208                  * in the nr_immediate check below.
6209                  */
6210                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
6211                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6212
6213                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
6214                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
6215                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6216
6217                 /*
6218                  * If kswapd scans pages marked for immediate
6219                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
6220                  * implies that pages are cycling through the LRU
6221                  * faster than they are written so forcibly stall
6222                  * until some pages complete writeback.
6223                  */
6224                 if (sc->nr.immediate)
6225                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
6226         }
6227
6228         /*
6229          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
6230          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
6231          *
6232          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
6233          * stalling in reclaim_throttle().
6234          */
6235         if ((current_is_kswapd() ||
6236              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
6237             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
6238                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
6239
6240         /*
6241          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
6242          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
6243          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
6244          * the LRU too quickly.
6245          */
6246         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
6247             !sc->hibernation_mode &&
6248             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
6249                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED);
6250
6251         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
6252                                     sc))
6253                 goto again;
6254
6255         /*
6256          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
6257          * many failures to reclaim anything from them and goes to
6258          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
6259          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
6260          */
6261         if (reclaimable)
6262                 pgdat->kswapd_failures = 0;
6263 }
6264
6265 /*
6266  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
6267  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
6268  * should reclaim first.
6269  */
6270 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
6271 {
6272         unsigned long watermark;
6273         enum compact_result suitable;
6274
6275         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
6276         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
6277                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
6278                 return true;
6279         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
6280                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
6281                 return false;
6282
6283         /*
6284          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
6285          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
6286          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
6287          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
6288          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
6289          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
6290          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
6291          */
6292         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
6293
6294         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
6295 }
6296
6297 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
6298 {
6299         /*
6300          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
6301          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
6302          */
6303         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
6304                 wait_queue_head_t *wqh;
6305
6306                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
6307                 if (waitqueue_active(wqh))
6308                         wake_up(wqh);
6309
6310                 return;
6311         }
6312
6313         /*
6314          * Do not throttle kswapd or cgroup reclaim on NOPROGRESS as it will
6315          * throttle on VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages
6316          * under writeback and marked for immediate reclaim at the tail of the
6317          * LRU.
6318          */
6319         if (current_is_kswapd() || cgroup_reclaim(sc))
6320                 return;
6321
6322         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
6323         if (sc->priority == 1 && !sc->nr_reclaimed)
6324                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
6325 }
6326
6327 /*
6328  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
6329  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
6330  * request.
6331  *
6332  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
6333  * scan then give up on it.
6334  */
6335 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
6336 {
6337         struct zoneref *z;
6338         struct zone *zone;
6339         unsigned long nr_soft_reclaimed;
6340         unsigned long nr_soft_scanned;
6341         gfp_t orig_mask;
6342         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
6343         pg_data_t *first_pgdat = NULL;
6344
6345         /*
6346          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
6347          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
6348          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
6349          */
6350         orig_mask = sc->gfp_mask;
6351         if (buffer_heads_over_limit) {
6352                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
6353                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
6354         }
6355
6356         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6357                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
6358                 /*
6359                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
6360                  * to global LRU.
6361                  */
6362                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
6363                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
6364                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
6365                                 continue;
6366
6367                         /*
6368                          * If we already have plenty of memory free for
6369                          * compaction in this zone, don't free any more.
6370                          * Even though compaction is invoked for any
6371                          * non-zero order, only frequent costly order
6372                          * reclamation is disruptive enough to become a
6373                          * noticeable problem, like transparent huge
6374                          * page allocations.
6375                          */
6376                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
6377                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
6378                             compaction_ready(zone, sc)) {
6379                                 sc->compaction_ready = true;
6380                                 continue;
6381                         }
6382
6383                         /*
6384                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
6385                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
6386                          * node may be shrunk multiple times but in that case
6387                          * the user prefers lower zones being preserved.
6388                          */
6389                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6390                                 continue;
6391
6392                         /*
6393                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
6394                          * and returns the number of reclaimed pages and
6395                          * scanned pages. This works for global memory pressure
6396                          * and balancing, not for a memcg's limit.
6397                          */
6398                         nr_soft_scanned = 0;
6399                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
6400                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
6401                                                 &nr_soft_scanned);
6402                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
6403                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
6404                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
6405                 }
6406
6407                 if (!first_pgdat)
6408                         first_pgdat = zone->zone_pgdat;
6409
6410                 /* See comment about same check for global reclaim above */
6411                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6412                         continue;
6413                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6414                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
6415         }
6416
6417         if (first_pgdat)
6418                 consider_reclaim_throttle(first_pgdat, sc);
6419
6420         /*
6421          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
6422          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
6423          */
6424         sc->gfp_mask = orig_mask;
6425 }
6426
6427 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
6428 {
6429         struct lruvec *target_lruvec;
6430         unsigned long refaults;
6431
6432         if (lru_gen_enabled())
6433                 return;
6434
6435         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
6436         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
6437         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_ANON] = refaults;
6438         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
6439         target_lruvec->refaults[WORKINGSET_FILE] = refaults;
6440 }
6441
6442 /*
6443  * This is the main entry point to direct page reclaim.
6444  *
6445  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
6446  * are "out of memory" and something needs to be killed.
6447  *
6448  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
6449  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
6450  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
6451  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
6452  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
6453  * work, and the allocation attempt will fail.
6454  *
6455  * returns:     0, if no pages reclaimed
6456  *              else, the number of pages reclaimed
6457  */
6458 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
6459                                           struct scan_control *sc)
6460 {
6461         int initial_priority = sc->priority;
6462         pg_data_t *last_pgdat;
6463         struct zoneref *z;
6464         struct zone *zone;
6465 retry:
6466         delayacct_freepages_start();
6467
6468         if (!cgroup_reclaim(sc))
6469                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
6470
6471         do {
6472                 if (!sc->proactive)
6473                         vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
6474                                         sc->priority);
6475                 sc->nr_scanned = 0;
6476                 shrink_zones(zonelist, sc);
6477
6478                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
6479                         break;
6480
6481                 if (sc->compaction_ready)
6482                         break;
6483
6484                 /*
6485                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
6486                  * writepage even in laptop mode.
6487                  */
6488                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
6489                         sc->may_writepage = 1;
6490         } while (--sc->priority >= 0);
6491
6492         last_pgdat = NULL;
6493         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
6494                                         sc->nodemask) {
6495                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
6496                         continue;
6497                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
6498
6499                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
6500
6501                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
6502                         struct lruvec *lruvec;
6503
6504                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
6505                                                    zone->zone_pgdat);
6506                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6507                 }
6508         }
6509
6510         delayacct_freepages_end();
6511
6512         if (sc->nr_reclaimed)
6513                 return sc->nr_reclaimed;
6514
6515         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
6516         if (sc->compaction_ready)
6517                 return 1;
6518
6519         /*
6520          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
6521          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
6522          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
6523          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
6524          * instead of doing costly eligibility calculations of the
6525          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
6526          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
6527          */
6528         if (sc->skipped_deactivate) {
6529                 sc->priority = initial_priority;
6530                 sc->force_deactivate = 1;
6531                 sc->skipped_deactivate = 0;
6532                 goto retry;
6533         }
6534
6535         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
6536         if (sc->memcg_low_skipped) {
6537                 sc->priority = initial_priority;
6538                 sc->force_deactivate = 0;
6539                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
6540                 sc->memcg_low_skipped = 0;
6541                 goto retry;
6542         }
6543
6544         return 0;
6545 }
6546
6547 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
6548 {
6549         struct zone *zone;
6550         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
6551         unsigned long free_pages = 0;
6552         int i;
6553         bool wmark_ok;
6554
6555         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6556                 return true;
6557
6558         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
6559                 zone = &pgdat->node_zones[i];
6560                 if (!managed_zone(zone))
6561                         continue;
6562
6563                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
6564                         continue;
6565
6566                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
6567                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6568         }
6569
6570         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
6571         if (!pfmemalloc_reserve)
6572                 return true;
6573
6574         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
6575
6576         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
6577         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
6578                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
6579                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
6580
6581                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
6582         }
6583
6584         return wmark_ok;
6585 }
6586
6587 /*
6588  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
6589  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
6590  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
6591  * when the low watermark is reached.
6592  *
6593  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
6594  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
6595  */
6596 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
6597                                         nodemask_t *nodemask)
6598 {
6599         struct zoneref *z;
6600         struct zone *zone;
6601         pg_data_t *pgdat = NULL;
6602
6603         /*
6604          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
6605          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
6606          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
6607          * committing a transaction where throttling it could forcing other
6608          * processes to block on log_wait_commit().
6609          */
6610         if (current->flags & PF_KTHREAD)
6611                 goto out;
6612
6613         /*
6614          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
6615          * It should return quickly so it can exit and free its memory
6616          */
6617         if (fatal_signal_pending(current))
6618                 goto out;
6619
6620         /*
6621          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
6622          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
6623          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
6624          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
6625          *
6626          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
6627          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
6628          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
6629          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
6630          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
6631          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
6632          * should make reasonable progress.
6633          */
6634         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6635                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6636                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
6637                         continue;
6638
6639                 /* Throttle based on the first usable node */
6640                 pgdat = zone->zone_pgdat;
6641                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
6642                         goto out;
6643                 break;
6644         }
6645
6646         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
6647         if (!pgdat)
6648                 goto out;
6649
6650         /* Account for the throttling */
6651         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
6652
6653         /*
6654          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
6655          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
6656          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
6657          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
6658          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
6659          * second before continuing.
6660          */
6661         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
6662                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
6663                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
6664         else
6665                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
6666                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
6667                         allow_direct_reclaim(pgdat));
6668
6669         if (fatal_signal_pending(current))
6670                 return true;
6671
6672 out:
6673         return false;
6674 }
6675
6676 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
6677                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
6678 {
6679         unsigned long nr_reclaimed;
6680         struct scan_control sc = {
6681                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6682                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6683                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
6684                 .order = order,
6685                 .nodemask = nodemask,
6686                 .priority = DEF_PRIORITY,
6687                 .may_writepage = !laptop_mode,
6688                 .may_unmap = 1,
6689                 .may_swap = 1,
6690         };
6691
6692         /*
6693          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
6694          * Confirm they are large enough for max values.
6695          */
6696         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
6697         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
6698         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
6699
6700         /*
6701          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
6702          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
6703          * point.
6704          */
6705         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
6706                 return 1;
6707
6708         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6709         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
6710
6711         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6712
6713         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
6714         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6715
6716         return nr_reclaimed;
6717 }
6718
6719 #ifdef CONFIG_MEMCG
6720
6721 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
6722 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
6723                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
6724                                                 pg_data_t *pgdat,
6725                                                 unsigned long *nr_scanned)
6726 {
6727         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6728         struct scan_control sc = {
6729                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
6730                 .target_mem_cgroup = memcg,
6731                 .may_writepage = !laptop_mode,
6732                 .may_unmap = 1,
6733                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6734                 .may_swap = !noswap,
6735         };
6736
6737         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
6738
6739         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
6740                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
6741
6742         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
6743                                                       sc.gfp_mask);
6744
6745         /*
6746          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
6747          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
6748          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
6749          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
6750          * the priority and make it zero.
6751          */
6752         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
6753
6754         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
6755
6756         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
6757
6758         return sc.nr_reclaimed;
6759 }
6760
6761 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
6762                                            unsigned long nr_pages,
6763                                            gfp_t gfp_mask,
6764                                            unsigned int reclaim_options)
6765 {
6766         unsigned long nr_reclaimed;
6767         unsigned int noreclaim_flag;
6768         struct scan_control sc = {
6769                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
6770                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
6771                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
6772                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
6773                 .target_mem_cgroup = memcg,
6774                 .priority = DEF_PRIORITY,
6775                 .may_writepage = !laptop_mode,
6776                 .may_unmap = 1,
6777                 .may_swap = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_MAY_SWAP),
6778                 .proactive = !!(reclaim_options & MEMCG_RECLAIM_PROACTIVE),
6779         };
6780         /*
6781          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
6782          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
6783          * the reclaim does not bail out early.
6784          */
6785         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
6786
6787         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
6788         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
6789         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
6790
6791         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
6792
6793         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
6794         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
6795         set_task_reclaim_state(current, NULL);
6796
6797         return nr_reclaimed;
6798 }
6799 #endif
6800
6801 static void kswapd_age_node(struct pglist_data *pgdat, struct scan_control *sc)
6802 {
6803         struct mem_cgroup *memcg;
6804         struct lruvec *lruvec;
6805
6806         if (lru_gen_enabled()) {
6807                 lru_gen_age_node(pgdat, sc);
6808                 return;
6809         }
6810
6811         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
6812                 return;
6813
6814         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6815         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
6816                 return;
6817
6818         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
6819         do {
6820                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
6821                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
6822                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
6823                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
6824         } while (memcg);
6825 }
6826
6827 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
6828 {
6829         int i;
6830         struct zone *zone;
6831
6832         /*
6833          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
6834          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
6835          * should not be checked at the same time as reclaim would
6836          * start prematurely when there is no boosting and a lower
6837          * zone is balanced.
6838          */
6839         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
6840                 zone = pgdat->node_zones + i;
6841                 if (!managed_zone(zone))
6842                         continue;
6843
6844                 if (zone->watermark_boost)
6845                         return true;
6846         }
6847
6848         return false;
6849 }
6850
6851 /*
6852  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
6853  * and highest_zoneidx
6854  */
6855 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
6856 {
6857         int i;
6858         unsigned long mark = -1;
6859         struct zone *zone;
6860
6861         /*
6862          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
6863          * meet watermarks.
6864          */
6865         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6866                 zone = pgdat->node_zones + i;
6867
6868                 if (!managed_zone(zone))
6869                         continue;
6870
6871                 if (sysctl_numa_balancing_mode & NUMA_BALANCING_MEMORY_TIERING)
6872                         mark = wmark_pages(zone, WMARK_PROMO);
6873                 else
6874                         mark = high_wmark_pages(zone);
6875                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
6876                         return true;
6877         }
6878
6879         /*
6880          * If a node has no managed zone within highest_zoneidx, it does not
6881          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
6882          * allocation tries to wake a remote kswapd.
6883          */
6884         if (mark == -1)
6885                 return true;
6886
6887         return false;
6888 }
6889
6890 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
6891 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
6892 {
6893         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
6894
6895         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
6896         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
6897         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
6898 }
6899
6900 /*
6901  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
6902  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
6903  *
6904  * Returns true if kswapd is ready to sleep
6905  */
6906 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
6907                                 int highest_zoneidx)
6908 {
6909         /*
6910          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
6911          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
6912          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
6913          * throttled. There is also a potential race if processes get
6914          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
6915          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
6916          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
6917          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
6918          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
6919          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
6920          * that here we are under prepare_to_wait().
6921          */
6922         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
6923                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6924
6925         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
6926         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
6927                 return true;
6928
6929         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
6930                 clear_pgdat_congested(pgdat);
6931                 return true;
6932         }
6933
6934         return false;
6935 }
6936
6937 /*
6938  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
6939  * zone that is currently unbalanced.
6940  *
6941  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
6942  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
6943  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
6944  */
6945 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
6946                                struct scan_control *sc)
6947 {
6948         struct zone *zone;
6949         int z;
6950
6951         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
6952         sc->nr_to_reclaim = 0;
6953         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
6954                 zone = pgdat->node_zones + z;
6955                 if (!managed_zone(zone))
6956                         continue;
6957
6958                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
6959         }
6960
6961         /*
6962          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
6963          * now pressure is applied based on node LRU order.
6964          */
6965         shrink_node(pgdat, sc);
6966
6967         /*
6968          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
6969          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
6970          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
6971          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
6972          * can direct reclaim/compact.
6973          */
6974         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
6975                 sc->order = 0;
6976
6977         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
6978 }
6979
6980 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
6981 static inline void
6982 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
6983 {
6984         int i;
6985         struct zone *zone;
6986
6987         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
6988                 zone = pgdat->node_zones + i;
6989
6990                 if (!managed_zone(zone))
6991                         continue;
6992
6993                 if (active)
6994                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6995                 else
6996                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
6997         }
6998 }
6999
7000 static inline void
7001 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
7002 {
7003         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
7004 }
7005
7006 static inline void
7007 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
7008 {
7009         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
7010 }
7011
7012 /*
7013  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
7014  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
7015  * balanced.
7016  *
7017  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
7018  *
7019  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
7020  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
7021  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
7022  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
7023  * balanced.
7024  */
7025 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
7026 {
7027         int i;
7028         unsigned long nr_soft_reclaimed;
7029         unsigned long nr_soft_scanned;
7030         unsigned long pflags;
7031         unsigned long nr_boost_reclaim;
7032         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
7033         bool boosted;
7034         struct zone *zone;
7035         struct scan_control sc = {
7036                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7037                 .order = order,
7038                 .may_unmap = 1,
7039         };
7040
7041         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7042         psi_memstall_enter(&pflags);
7043         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7044
7045         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
7046
7047         /*
7048          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
7049          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
7050          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
7051          */
7052         nr_boost_reclaim = 0;
7053         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7054                 zone = pgdat->node_zones + i;
7055                 if (!managed_zone(zone))
7056                         continue;
7057
7058                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
7059                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
7060         }
7061         boosted = nr_boost_reclaim;
7062
7063 restart:
7064         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7065         sc.priority = DEF_PRIORITY;
7066         do {
7067                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
7068                 bool raise_priority = true;
7069                 bool balanced;
7070                 bool ret;
7071
7072                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
7073
7074                 /*
7075                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
7076                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
7077                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
7078                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
7079                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
7080                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
7081                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
7082                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
7083                  */
7084                 if (buffer_heads_over_limit) {
7085                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
7086                                 zone = pgdat->node_zones + i;
7087                                 if (!managed_zone(zone))
7088                                         continue;
7089
7090                                 sc.reclaim_idx = i;
7091                                 break;
7092                         }
7093                 }
7094
7095                 /*
7096                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
7097                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
7098                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
7099                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
7100                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
7101                  */
7102                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
7103                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
7104                         nr_boost_reclaim = 0;
7105                         goto restart;
7106                 }
7107
7108                 /*
7109                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
7110                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
7111                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
7112                  */
7113                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
7114                         goto out;
7115
7116                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
7117                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
7118                         raise_priority = false;
7119
7120                 /*
7121                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
7122                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
7123                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
7124                  * reclaim will be aborted.
7125                  */
7126                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
7127                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
7128
7129                 /*
7130                  * Do some background aging, to give pages a chance to be
7131                  * referenced before reclaiming. All pages are rotated
7132                  * regardless of classzone as this is about consistent aging.
7133                  */
7134                 kswapd_age_node(pgdat, &sc);
7135
7136                 /*
7137                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
7138                  * even in laptop mode.
7139                  */
7140                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
7141                         sc.may_writepage = 1;
7142
7143                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
7144                 sc.nr_scanned = 0;
7145                 nr_soft_scanned = 0;
7146                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
7147                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
7148                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
7149
7150                 /*
7151                  * There should be no need to raise the scanning priority if
7152                  * enough pages are already being scanned that that high
7153                  * watermark would be met at 100% efficiency.
7154                  */
7155                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
7156                         raise_priority = false;
7157
7158                 /*
7159                  * If the low watermark is met there is no need for processes
7160                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
7161                  * able to safely make forward progress. Wake them
7162                  */
7163                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
7164                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
7165                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7166
7167                 /* Check if kswapd should be suspending */
7168                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7169                 ret = try_to_freeze();
7170                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
7171                 if (ret || kthread_should_stop())
7172                         break;
7173
7174                 /*
7175                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
7176                  * progress in reclaiming pages
7177                  */
7178                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
7179                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
7180
7181                 /*
7182                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
7183                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
7184                  * extreme circumstances.
7185                  */
7186                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
7187                         break;
7188
7189                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
7190                         sc.priority--;
7191         } while (sc.priority >= 1);
7192
7193         if (!sc.nr_reclaimed)
7194                 pgdat->kswapd_failures++;
7195
7196 out:
7197         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
7198
7199         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
7200         if (boosted) {
7201                 unsigned long flags;
7202
7203                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
7204                         if (!zone_boosts[i])
7205                                 continue;
7206
7207                         /* Increments are under the zone lock */
7208                         zone = pgdat->node_zones + i;
7209                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7210                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
7211                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7212                 }
7213
7214                 /*
7215                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
7216                  * pageblocks.
7217                  */
7218                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
7219         }
7220
7221         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
7222         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
7223         psi_memstall_leave(&pflags);
7224         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7225
7226         /*
7227          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
7228          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
7229          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
7230          * remain at the higher level.
7231          */
7232         return sc.order;
7233 }
7234
7235 /*
7236  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
7237  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
7238  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
7239  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
7240  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
7241  */
7242 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
7243                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
7244 {
7245         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7246
7247         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
7248 }
7249
7250 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
7251                                 unsigned int highest_zoneidx)
7252 {
7253         long remaining = 0;
7254         DEFINE_WAIT(wait);
7255
7256         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
7257                 return;
7258
7259         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7260
7261         /*
7262          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
7263          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
7264          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
7265          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
7266          * succeed.
7267          */
7268         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7269                 /*
7270                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
7271                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
7272                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
7273                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
7274                  */
7275                 reset_isolation_suitable(pgdat);
7276
7277                 /*
7278                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
7279                  * allocation of the requested order possible.
7280                  */
7281                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
7282
7283                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
7284
7285                 /*
7286                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
7287                  * order. The values will either be from a wakeup request or
7288                  * the previous request that slept prematurely.
7289                  */
7290                 if (remaining) {
7291                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
7292                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7293                                                         highest_zoneidx));
7294
7295                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
7296                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
7297                 }
7298
7299                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7300                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
7301         }
7302
7303         /*
7304          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
7305          * go fully to sleep until explicitly woken up.
7306          */
7307         if (!remaining &&
7308             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
7309                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
7310
7311                 /*
7312                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
7313                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
7314                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
7315                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
7316                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
7317                  * them before going back to sleep.
7318                  */
7319                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
7320
7321                 if (!kthread_should_stop())
7322                         schedule();
7323
7324                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
7325         } else {
7326                 if (remaining)
7327                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
7328                 else
7329                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
7330         }
7331         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
7332 }
7333
7334 /*
7335  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
7336  * from the init process.
7337  *
7338  * This basically trickles out pages so that we have _some_
7339  * free memory available even if there is no other activity
7340  * that frees anything up. This is needed for things like routing
7341  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
7342  * asynchronous contexts that cannot page things out.
7343  *
7344  * If there are applications that are active memory-allocators
7345  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
7346  */
7347 static int kswapd(void *p)
7348 {
7349         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
7350         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
7351         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
7352         struct task_struct *tsk = current;
7353         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
7354
7355         if (!cpumask_empty(cpumask))
7356                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
7357
7358         /*
7359          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
7360          * and that if we need more memory we should get access to it
7361          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
7362          * never get caught in the normal page freeing logic.
7363          *
7364          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
7365          * you need a small amount of memory in order to be able to
7366          * page out something else, and this flag essentially protects
7367          * us from recursively trying to free more memory as we're
7368          * trying to free the first piece of memory in the first place).
7369          */
7370         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD;
7371         set_freezable();
7372
7373         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7374         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7375         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
7376         for ( ; ; ) {
7377                 bool ret;
7378
7379                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7380                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7381                                                         highest_zoneidx);
7382
7383 kswapd_try_sleep:
7384                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
7385                                         highest_zoneidx);
7386
7387                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
7388                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
7389                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
7390                                                         highest_zoneidx);
7391                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
7392                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
7393
7394                 ret = try_to_freeze();
7395                 if (kthread_should_stop())
7396                         break;
7397
7398                 /*
7399                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
7400                  * after returning from the refrigerator
7401                  */
7402                 if (ret)
7403                         continue;
7404
7405                 /*
7406                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
7407                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
7408                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
7409                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
7410                  * but kcompactd is woken to compact for the original
7411                  * request (alloc_order).
7412                  */
7413                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
7414                                                 alloc_order);
7415                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
7416                                                 highest_zoneidx);
7417                 if (reclaim_order < alloc_order)
7418                         goto kswapd_try_sleep;
7419         }
7420
7421         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_KSWAPD);
7422
7423         return 0;
7424 }
7425
7426 /*
7427  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
7428  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
7429  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
7430  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
7431  * needed.
7432  */
7433 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
7434                    enum zone_type highest_zoneidx)
7435 {
7436         pg_data_t *pgdat;
7437         enum zone_type curr_idx;
7438
7439         if (!managed_zone(zone))
7440                 return;
7441
7442         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
7443                 return;
7444
7445         pgdat = zone->zone_pgdat;
7446         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7447
7448         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
7449                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
7450
7451         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
7452                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
7453
7454         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
7455                 return;
7456
7457         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
7458         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
7459             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
7460              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
7461                 /*
7462                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
7463                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
7464                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
7465                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
7466                  * ratelimit its work.
7467                  */
7468                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
7469                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
7470                 return;
7471         }
7472
7473         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
7474                                       gfp_flags);
7475         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
7476 }
7477
7478 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
7479 /*
7480  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
7481  * freed pages.
7482  *
7483  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
7484  * LRU order by reclaiming preferentially
7485  * inactive > active > active referenced > active mapped
7486  */
7487 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
7488 {
7489         struct scan_control sc = {
7490                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
7491                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
7492                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
7493                 .priority = DEF_PRIORITY,
7494                 .may_writepage = 1,
7495                 .may_unmap = 1,
7496                 .may_swap = 1,
7497                 .hibernation_mode = 1,
7498         };
7499         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
7500         unsigned long nr_reclaimed;
7501         unsigned int noreclaim_flag;
7502
7503         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7504         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7505         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
7506
7507         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
7508
7509         set_task_reclaim_state(current, NULL);
7510         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7511         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7512
7513         return nr_reclaimed;
7514 }
7515 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
7516
7517 /*
7518  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
7519  */
7520 void kswapd_run(int nid)
7521 {
7522         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7523
7524         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7525         if (!pgdat->kswapd) {
7526                 pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
7527                 if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
7528                         /* failure at boot is fatal */
7529                         BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
7530                         pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
7531                         pgdat->kswapd = NULL;
7532                 }
7533         }
7534         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7535 }
7536
7537 /*
7538  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
7539  * be holding mem_hotplug_begin/done().
7540  */
7541 void kswapd_stop(int nid)
7542 {
7543         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7544         struct task_struct *kswapd;
7545
7546         pgdat_kswapd_lock(pgdat);
7547         kswapd = pgdat->kswapd;
7548         if (kswapd) {
7549                 kthread_stop(kswapd);
7550                 pgdat->kswapd = NULL;
7551         }
7552         pgdat_kswapd_unlock(pgdat);
7553 }
7554
7555 static int __init kswapd_init(void)
7556 {
7557         int nid;
7558
7559         swap_setup();
7560         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
7561                 kswapd_run(nid);
7562         return 0;
7563 }
7564
7565 module_init(kswapd_init)
7566
7567 #ifdef CONFIG_NUMA
7568 /*
7569  * Node reclaim mode
7570  *
7571  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
7572  * the watermarks.
7573  */
7574 int node_reclaim_mode __read_mostly;
7575
7576 /*
7577  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
7578  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
7579  * a zone.
7580  */
7581 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
7582
7583 /*
7584  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
7585  * occur.
7586  */
7587 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
7588
7589 /*
7590  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
7591  * slab reclaim needs to occur.
7592  */
7593 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
7594
7595 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
7596 {
7597         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
7598         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
7599                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
7600
7601         /*
7602          * It's possible for there to be more file mapped pages than
7603          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
7604          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
7605          */
7606         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
7607 }
7608
7609 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
7610 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
7611 {
7612         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
7613         unsigned long delta = 0;
7614
7615         /*
7616          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
7617          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
7618          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
7619          * a better estimate
7620          */
7621         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
7622                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
7623         else
7624                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
7625
7626         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
7627         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
7628                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
7629
7630         /* Watch for any possible underflows due to delta */
7631         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
7632                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
7633
7634         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
7635 }
7636
7637 /*
7638  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
7639  */
7640 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7641 {
7642         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
7643         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
7644         struct task_struct *p = current;
7645         unsigned int noreclaim_flag;
7646         struct scan_control sc = {
7647                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
7648                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7649                 .order = order,
7650                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
7651                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
7652                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
7653                 .may_swap = 1,
7654                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
7655         };
7656         unsigned long pflags;
7657
7658         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
7659                                            sc.gfp_mask);
7660
7661         cond_resched();
7662         psi_memstall_enter(&pflags);
7663         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
7664         /*
7665          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
7666          */
7667         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
7668         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
7669
7670         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages ||
7671             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) > pgdat->min_slab_pages) {
7672                 /*
7673                  * Free memory by calling shrink node with increasing
7674                  * priorities until we have enough memory freed.
7675                  */
7676                 do {
7677                         shrink_node(pgdat, &sc);
7678                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
7679         }
7680
7681         set_task_reclaim_state(p, NULL);
7682         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
7683         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
7684         psi_memstall_leave(&pflags);
7685
7686         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
7687
7688         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
7689 }
7690
7691 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
7692 {
7693         int ret;
7694
7695         /*
7696          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
7697          * slab pages if we are over the defined limits.
7698          *
7699          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
7700          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
7701          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
7702          * if less than a specified percentage of the node is used by
7703          * unmapped file backed pages.
7704          */
7705         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
7706             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
7707             pgdat->min_slab_pages)
7708                 return NODE_RECLAIM_FULL;
7709
7710         /*
7711          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
7712          */
7713         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
7714                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7715
7716         /*
7717          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
7718          * have associated processors. This will favor the local processor
7719          * over remote processors and spread off node memory allocations
7720          * as wide as possible.
7721          */
7722         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
7723                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7724
7725         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
7726                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
7727
7728         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
7729         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
7730
7731         if (!ret)
7732                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
7733
7734         return ret;
7735 }
7736 #endif
7737
7738 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
7739 {
7740         struct folio_batch fbatch;
7741         unsigned i;
7742
7743         folio_batch_init(&fbatch);
7744         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
7745                 struct page *page = pvec->pages[i];
7746
7747                 if (PageTransTail(page))
7748                         continue;
7749                 folio_batch_add(&fbatch, page_folio(page));
7750         }
7751         check_move_unevictable_folios(&fbatch);
7752 }
7753 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);
7754
7755 /**
7756  * check_move_unevictable_folios - Move evictable folios to appropriate zone
7757  * lru list
7758  * @fbatch: Batch of lru folios to check.
7759  *
7760  * Checks folios for evictability, if an evictable folio is in the unevictable
7761  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
7762  * should be only used for lru folios.
7763  */
7764 void check_move_unevictable_folios(struct folio_batch *fbatch)
7765 {
7766         struct lruvec *lruvec = NULL;
7767         int pgscanned = 0;
7768         int pgrescued = 0;
7769         int i;
7770
7771         for (i = 0; i < fbatch->nr; i++) {
7772                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
7773                 int nr_pages = folio_nr_pages(folio);
7774
7775                 pgscanned += nr_pages;
7776
7777                 /* block memcg migration while the folio moves between lrus */
7778                 if (!folio_test_clear_lru(folio))
7779                         continue;
7780
7781                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
7782                 if (folio_evictable(folio) && folio_test_unevictable(folio)) {
7783                         lruvec_del_folio(lruvec, folio);
7784                         folio_clear_unevictable(folio);
7785                         lruvec_add_folio(lruvec, folio);
7786                         pgrescued += nr_pages;
7787                 }
7788                 folio_set_lru(folio);
7789         }
7790
7791         if (lruvec) {
7792                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
7793                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7794                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
7795         } else if (pgscanned) {
7796                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
7797         }
7798 }
7799 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_folios);
This page took 0.470358 seconds and 4 git commands to generate.