]> Git Repo - linux.git/blob - mm/zswap.c
net/mlx5: Unregister notifier on eswitch init failure
[linux.git] / mm / zswap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * zswap.c - zswap driver file
4  *
5  * zswap is a cache that takes pages that are in the process
6  * of being swapped out and attempts to compress and store them in a
7  * RAM-based memory pool.  This can result in a significant I/O reduction on
8  * the swap device and, in the case where decompressing from RAM is faster
9  * than reading from the swap device, can also improve workload performance.
10  *
11  * Copyright (C) 2012  Seth Jennings <[email protected]>
12 */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/module.h>
17 #include <linux/cpu.h>
18 #include <linux/highmem.h>
19 #include <linux/slab.h>
20 #include <linux/spinlock.h>
21 #include <linux/types.h>
22 #include <linux/atomic.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/crypto.h>
25 #include <linux/scatterlist.h>
26 #include <linux/mempolicy.h>
27 #include <linux/mempool.h>
28 #include <linux/zpool.h>
29 #include <crypto/acompress.h>
30 #include <linux/zswap.h>
31 #include <linux/mm_types.h>
32 #include <linux/page-flags.h>
33 #include <linux/swapops.h>
34 #include <linux/writeback.h>
35 #include <linux/pagemap.h>
36 #include <linux/workqueue.h>
37 #include <linux/list_lru.h>
38
39 #include "swap.h"
40 #include "internal.h"
41
42 /*********************************
43 * statistics
44 **********************************/
45 /* The number of compressed pages currently stored in zswap */
46 atomic_t zswap_stored_pages = ATOMIC_INIT(0);
47
48 /*
49  * The statistics below are not protected from concurrent access for
50  * performance reasons so they may not be a 100% accurate.  However,
51  * they do provide useful information on roughly how many times a
52  * certain event is occurring.
53 */
54
55 /* Pool limit was hit (see zswap_max_pool_percent) */
56 static u64 zswap_pool_limit_hit;
57 /* Pages written back when pool limit was reached */
58 static u64 zswap_written_back_pages;
59 /* Store failed due to a reclaim failure after pool limit was reached */
60 static u64 zswap_reject_reclaim_fail;
61 /* Store failed due to compression algorithm failure */
62 static u64 zswap_reject_compress_fail;
63 /* Compressed page was too big for the allocator to (optimally) store */
64 static u64 zswap_reject_compress_poor;
65 /* Store failed because underlying allocator could not get memory */
66 static u64 zswap_reject_alloc_fail;
67 /* Store failed because the entry metadata could not be allocated (rare) */
68 static u64 zswap_reject_kmemcache_fail;
69
70 /* Shrinker work queue */
71 static struct workqueue_struct *shrink_wq;
72 /* Pool limit was hit, we need to calm down */
73 static bool zswap_pool_reached_full;
74
75 /*********************************
76 * tunables
77 **********************************/
78
79 #define ZSWAP_PARAM_UNSET ""
80
81 static int zswap_setup(void);
82
83 /* Enable/disable zswap */
84 static DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, zswap_ever_enabled);
85 static bool zswap_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON);
86 static int zswap_enabled_param_set(const char *,
87                                    const struct kernel_param *);
88 static const struct kernel_param_ops zswap_enabled_param_ops = {
89         .set =          zswap_enabled_param_set,
90         .get =          param_get_bool,
91 };
92 module_param_cb(enabled, &zswap_enabled_param_ops, &zswap_enabled, 0644);
93
94 /* Crypto compressor to use */
95 static char *zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
96 static int zswap_compressor_param_set(const char *,
97                                       const struct kernel_param *);
98 static const struct kernel_param_ops zswap_compressor_param_ops = {
99         .set =          zswap_compressor_param_set,
100         .get =          param_get_charp,
101         .free =         param_free_charp,
102 };
103 module_param_cb(compressor, &zswap_compressor_param_ops,
104                 &zswap_compressor, 0644);
105
106 /* Compressed storage zpool to use */
107 static char *zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
108 static int zswap_zpool_param_set(const char *, const struct kernel_param *);
109 static const struct kernel_param_ops zswap_zpool_param_ops = {
110         .set =          zswap_zpool_param_set,
111         .get =          param_get_charp,
112         .free =         param_free_charp,
113 };
114 module_param_cb(zpool, &zswap_zpool_param_ops, &zswap_zpool_type, 0644);
115
116 /* The maximum percentage of memory that the compressed pool can occupy */
117 static unsigned int zswap_max_pool_percent = 20;
118 module_param_named(max_pool_percent, zswap_max_pool_percent, uint, 0644);
119
120 /* The threshold for accepting new pages after the max_pool_percent was hit */
121 static unsigned int zswap_accept_thr_percent = 90; /* of max pool size */
122 module_param_named(accept_threshold_percent, zswap_accept_thr_percent,
123                    uint, 0644);
124
125 /* Enable/disable memory pressure-based shrinker. */
126 static bool zswap_shrinker_enabled = IS_ENABLED(
127                 CONFIG_ZSWAP_SHRINKER_DEFAULT_ON);
128 module_param_named(shrinker_enabled, zswap_shrinker_enabled, bool, 0644);
129
130 bool zswap_is_enabled(void)
131 {
132         return zswap_enabled;
133 }
134
135 bool zswap_never_enabled(void)
136 {
137         return !static_branch_maybe(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, &zswap_ever_enabled);
138 }
139
140 /*********************************
141 * data structures
142 **********************************/
143
144 struct crypto_acomp_ctx {
145         struct crypto_acomp *acomp;
146         struct acomp_req *req;
147         struct crypto_wait wait;
148         u8 *buffer;
149         struct mutex mutex;
150         bool is_sleepable;
151 };
152
153 /*
154  * The lock ordering is zswap_tree.lock -> zswap_pool.lru_lock.
155  * The only case where lru_lock is not acquired while holding tree.lock is
156  * when a zswap_entry is taken off the lru for writeback, in that case it
157  * needs to be verified that it's still valid in the tree.
158  */
159 struct zswap_pool {
160         struct zpool *zpool;
161         struct crypto_acomp_ctx __percpu *acomp_ctx;
162         struct percpu_ref ref;
163         struct list_head list;
164         struct work_struct release_work;
165         struct hlist_node node;
166         char tfm_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
167 };
168
169 /* Global LRU lists shared by all zswap pools. */
170 static struct list_lru zswap_list_lru;
171
172 /* The lock protects zswap_next_shrink updates. */
173 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_shrink_lock);
174 static struct mem_cgroup *zswap_next_shrink;
175 static struct work_struct zswap_shrink_work;
176 static struct shrinker *zswap_shrinker;
177
178 /*
179  * struct zswap_entry
180  *
181  * This structure contains the metadata for tracking a single compressed
182  * page within zswap.
183  *
184  * swpentry - associated swap entry, the offset indexes into the red-black tree
185  * length - the length in bytes of the compressed page data.  Needed during
186  *          decompression.
187  * referenced - true if the entry recently entered the zswap pool. Unset by the
188  *              writeback logic. The entry is only reclaimed by the writeback
189  *              logic if referenced is unset. See comments in the shrinker
190  *              section for context.
191  * pool - the zswap_pool the entry's data is in
192  * handle - zpool allocation handle that stores the compressed page data
193  * objcg - the obj_cgroup that the compressed memory is charged to
194  * lru - handle to the pool's lru used to evict pages.
195  */
196 struct zswap_entry {
197         swp_entry_t swpentry;
198         unsigned int length;
199         bool referenced;
200         struct zswap_pool *pool;
201         unsigned long handle;
202         struct obj_cgroup *objcg;
203         struct list_head lru;
204 };
205
206 static struct xarray *zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
207 static unsigned int nr_zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
208
209 /* RCU-protected iteration */
210 static LIST_HEAD(zswap_pools);
211 /* protects zswap_pools list modification */
212 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_pools_lock);
213 /* pool counter to provide unique names to zpool */
214 static atomic_t zswap_pools_count = ATOMIC_INIT(0);
215
216 enum zswap_init_type {
217         ZSWAP_UNINIT,
218         ZSWAP_INIT_SUCCEED,
219         ZSWAP_INIT_FAILED
220 };
221
222 static enum zswap_init_type zswap_init_state;
223
224 /* used to ensure the integrity of initialization */
225 static DEFINE_MUTEX(zswap_init_lock);
226
227 /* init completed, but couldn't create the initial pool */
228 static bool zswap_has_pool;
229
230 /*********************************
231 * helpers and fwd declarations
232 **********************************/
233
234 static inline struct xarray *swap_zswap_tree(swp_entry_t swp)
235 {
236         return &zswap_trees[swp_type(swp)][swp_offset(swp)
237                 >> SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT];
238 }
239
240 #define zswap_pool_debug(msg, p)                                \
241         pr_debug("%s pool %s/%s\n", msg, (p)->tfm_name,         \
242                  zpool_get_type((p)->zpool))
243
244 /*********************************
245 * pool functions
246 **********************************/
247 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref);
248
249 static struct zswap_pool *zswap_pool_create(char *type, char *compressor)
250 {
251         struct zswap_pool *pool;
252         char name[38]; /* 'zswap' + 32 char (max) num + \0 */
253         gfp_t gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
254         int ret;
255
256         if (!zswap_has_pool) {
257                 /* if either are unset, pool initialization failed, and we
258                  * need both params to be set correctly before trying to
259                  * create a pool.
260                  */
261                 if (!strcmp(type, ZSWAP_PARAM_UNSET))
262                         return NULL;
263                 if (!strcmp(compressor, ZSWAP_PARAM_UNSET))
264                         return NULL;
265         }
266
267         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
268         if (!pool)
269                 return NULL;
270
271         /* unique name for each pool specifically required by zsmalloc */
272         snprintf(name, 38, "zswap%x", atomic_inc_return(&zswap_pools_count));
273         pool->zpool = zpool_create_pool(type, name, gfp);
274         if (!pool->zpool) {
275                 pr_err("%s zpool not available\n", type);
276                 goto error;
277         }
278         pr_debug("using %s zpool\n", zpool_get_type(pool->zpool));
279
280         strscpy(pool->tfm_name, compressor, sizeof(pool->tfm_name));
281
282         pool->acomp_ctx = alloc_percpu(*pool->acomp_ctx);
283         if (!pool->acomp_ctx) {
284                 pr_err("percpu alloc failed\n");
285                 goto error;
286         }
287
288         ret = cpuhp_state_add_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
289                                        &pool->node);
290         if (ret)
291                 goto error;
292
293         /* being the current pool takes 1 ref; this func expects the
294          * caller to always add the new pool as the current pool
295          */
296         ret = percpu_ref_init(&pool->ref, __zswap_pool_empty,
297                               PERCPU_REF_ALLOW_REINIT, GFP_KERNEL);
298         if (ret)
299                 goto ref_fail;
300         INIT_LIST_HEAD(&pool->list);
301
302         zswap_pool_debug("created", pool);
303
304         return pool;
305
306 ref_fail:
307         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
308 error:
309         if (pool->acomp_ctx)
310                 free_percpu(pool->acomp_ctx);
311         if (pool->zpool)
312                 zpool_destroy_pool(pool->zpool);
313         kfree(pool);
314         return NULL;
315 }
316
317 static struct zswap_pool *__zswap_pool_create_fallback(void)
318 {
319         bool has_comp, has_zpool;
320
321         has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
322         if (!has_comp && strcmp(zswap_compressor,
323                                 CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT)) {
324                 pr_err("compressor %s not available, using default %s\n",
325                        zswap_compressor, CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT);
326                 param_free_charp(&zswap_compressor);
327                 zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
328                 has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
329         }
330         if (!has_comp) {
331                 pr_err("default compressor %s not available\n",
332                        zswap_compressor);
333                 param_free_charp(&zswap_compressor);
334                 zswap_compressor = ZSWAP_PARAM_UNSET;
335         }
336
337         has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
338         if (!has_zpool && strcmp(zswap_zpool_type,
339                                  CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT)) {
340                 pr_err("zpool %s not available, using default %s\n",
341                        zswap_zpool_type, CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT);
342                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
343                 zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
344                 has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
345         }
346         if (!has_zpool) {
347                 pr_err("default zpool %s not available\n",
348                        zswap_zpool_type);
349                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
350                 zswap_zpool_type = ZSWAP_PARAM_UNSET;
351         }
352
353         if (!has_comp || !has_zpool)
354                 return NULL;
355
356         return zswap_pool_create(zswap_zpool_type, zswap_compressor);
357 }
358
359 static void zswap_pool_destroy(struct zswap_pool *pool)
360 {
361         zswap_pool_debug("destroying", pool);
362
363         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
364         free_percpu(pool->acomp_ctx);
365
366         zpool_destroy_pool(pool->zpool);
367         kfree(pool);
368 }
369
370 static void __zswap_pool_release(struct work_struct *work)
371 {
372         struct zswap_pool *pool = container_of(work, typeof(*pool),
373                                                 release_work);
374
375         synchronize_rcu();
376
377         /* nobody should have been able to get a ref... */
378         WARN_ON(!percpu_ref_is_zero(&pool->ref));
379         percpu_ref_exit(&pool->ref);
380
381         /* pool is now off zswap_pools list and has no references. */
382         zswap_pool_destroy(pool);
383 }
384
385 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void);
386
387 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref)
388 {
389         struct zswap_pool *pool;
390
391         pool = container_of(ref, typeof(*pool), ref);
392
393         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
394
395         WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
396
397         list_del_rcu(&pool->list);
398
399         INIT_WORK(&pool->release_work, __zswap_pool_release);
400         schedule_work(&pool->release_work);
401
402         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
403 }
404
405 static int __must_check zswap_pool_get(struct zswap_pool *pool)
406 {
407         if (!pool)
408                 return 0;
409
410         return percpu_ref_tryget(&pool->ref);
411 }
412
413 static void zswap_pool_put(struct zswap_pool *pool)
414 {
415         percpu_ref_put(&pool->ref);
416 }
417
418 static struct zswap_pool *__zswap_pool_current(void)
419 {
420         struct zswap_pool *pool;
421
422         pool = list_first_or_null_rcu(&zswap_pools, typeof(*pool), list);
423         WARN_ONCE(!pool && zswap_has_pool,
424                   "%s: no page storage pool!\n", __func__);
425
426         return pool;
427 }
428
429 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void)
430 {
431         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
432
433         return __zswap_pool_current();
434 }
435
436 static struct zswap_pool *zswap_pool_current_get(void)
437 {
438         struct zswap_pool *pool;
439
440         rcu_read_lock();
441
442         pool = __zswap_pool_current();
443         if (!zswap_pool_get(pool))
444                 pool = NULL;
445
446         rcu_read_unlock();
447
448         return pool;
449 }
450
451 /* type and compressor must be null-terminated */
452 static struct zswap_pool *zswap_pool_find_get(char *type, char *compressor)
453 {
454         struct zswap_pool *pool;
455
456         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
457
458         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list) {
459                 if (strcmp(pool->tfm_name, compressor))
460                         continue;
461                 if (strcmp(zpool_get_type(pool->zpool), type))
462                         continue;
463                 /* if we can't get it, it's about to be destroyed */
464                 if (!zswap_pool_get(pool))
465                         continue;
466                 return pool;
467         }
468
469         return NULL;
470 }
471
472 static unsigned long zswap_max_pages(void)
473 {
474         return totalram_pages() * zswap_max_pool_percent / 100;
475 }
476
477 static unsigned long zswap_accept_thr_pages(void)
478 {
479         return zswap_max_pages() * zswap_accept_thr_percent / 100;
480 }
481
482 unsigned long zswap_total_pages(void)
483 {
484         struct zswap_pool *pool;
485         unsigned long total = 0;
486
487         rcu_read_lock();
488         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list)
489                 total += zpool_get_total_pages(pool->zpool);
490         rcu_read_unlock();
491
492         return total;
493 }
494
495 static bool zswap_check_limits(void)
496 {
497         unsigned long cur_pages = zswap_total_pages();
498         unsigned long max_pages = zswap_max_pages();
499
500         if (cur_pages >= max_pages) {
501                 zswap_pool_limit_hit++;
502                 zswap_pool_reached_full = true;
503         } else if (zswap_pool_reached_full &&
504                    cur_pages <= zswap_accept_thr_pages()) {
505                         zswap_pool_reached_full = false;
506         }
507         return zswap_pool_reached_full;
508 }
509
510 /*********************************
511 * param callbacks
512 **********************************/
513
514 static bool zswap_pool_changed(const char *s, const struct kernel_param *kp)
515 {
516         /* no change required */
517         if (!strcmp(s, *(char **)kp->arg) && zswap_has_pool)
518                 return false;
519         return true;
520 }
521
522 /* val must be a null-terminated string */
523 static int __zswap_param_set(const char *val, const struct kernel_param *kp,
524                              char *type, char *compressor)
525 {
526         struct zswap_pool *pool, *put_pool = NULL;
527         char *s = strstrip((char *)val);
528         int ret = 0;
529         bool new_pool = false;
530
531         mutex_lock(&zswap_init_lock);
532         switch (zswap_init_state) {
533         case ZSWAP_UNINIT:
534                 /* if this is load-time (pre-init) param setting,
535                  * don't create a pool; that's done during init.
536                  */
537                 ret = param_set_charp(s, kp);
538                 break;
539         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
540                 new_pool = zswap_pool_changed(s, kp);
541                 break;
542         case ZSWAP_INIT_FAILED:
543                 pr_err("can't set param, initialization failed\n");
544                 ret = -ENODEV;
545         }
546         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
547
548         /* no need to create a new pool, return directly */
549         if (!new_pool)
550                 return ret;
551
552         if (!type) {
553                 if (!zpool_has_pool(s)) {
554                         pr_err("zpool %s not available\n", s);
555                         return -ENOENT;
556                 }
557                 type = s;
558         } else if (!compressor) {
559                 if (!crypto_has_acomp(s, 0, 0)) {
560                         pr_err("compressor %s not available\n", s);
561                         return -ENOENT;
562                 }
563                 compressor = s;
564         } else {
565                 WARN_ON(1);
566                 return -EINVAL;
567         }
568
569         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
570
571         pool = zswap_pool_find_get(type, compressor);
572         if (pool) {
573                 zswap_pool_debug("using existing", pool);
574                 WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
575                 list_del_rcu(&pool->list);
576         }
577
578         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
579
580         if (!pool)
581                 pool = zswap_pool_create(type, compressor);
582         else {
583                 /*
584                  * Restore the initial ref dropped by percpu_ref_kill()
585                  * when the pool was decommissioned and switch it again
586                  * to percpu mode.
587                  */
588                 percpu_ref_resurrect(&pool->ref);
589
590                 /* Drop the ref from zswap_pool_find_get(). */
591                 zswap_pool_put(pool);
592         }
593
594         if (pool)
595                 ret = param_set_charp(s, kp);
596         else
597                 ret = -EINVAL;
598
599         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
600
601         if (!ret) {
602                 put_pool = zswap_pool_current();
603                 list_add_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
604                 zswap_has_pool = true;
605         } else if (pool) {
606                 /* add the possibly pre-existing pool to the end of the pools
607                  * list; if it's new (and empty) then it'll be removed and
608                  * destroyed by the put after we drop the lock
609                  */
610                 list_add_tail_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
611                 put_pool = pool;
612         }
613
614         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
615
616         if (!zswap_has_pool && !pool) {
617                 /* if initial pool creation failed, and this pool creation also
618                  * failed, maybe both compressor and zpool params were bad.
619                  * Allow changing this param, so pool creation will succeed
620                  * when the other param is changed. We already verified this
621                  * param is ok in the zpool_has_pool() or crypto_has_acomp()
622                  * checks above.
623                  */
624                 ret = param_set_charp(s, kp);
625         }
626
627         /* drop the ref from either the old current pool,
628          * or the new pool we failed to add
629          */
630         if (put_pool)
631                 percpu_ref_kill(&put_pool->ref);
632
633         return ret;
634 }
635
636 static int zswap_compressor_param_set(const char *val,
637                                       const struct kernel_param *kp)
638 {
639         return __zswap_param_set(val, kp, zswap_zpool_type, NULL);
640 }
641
642 static int zswap_zpool_param_set(const char *val,
643                                  const struct kernel_param *kp)
644 {
645         return __zswap_param_set(val, kp, NULL, zswap_compressor);
646 }
647
648 static int zswap_enabled_param_set(const char *val,
649                                    const struct kernel_param *kp)
650 {
651         int ret = -ENODEV;
652
653         /* if this is load-time (pre-init) param setting, only set param. */
654         if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
655                 return param_set_bool(val, kp);
656
657         mutex_lock(&zswap_init_lock);
658         switch (zswap_init_state) {
659         case ZSWAP_UNINIT:
660                 if (zswap_setup())
661                         break;
662                 fallthrough;
663         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
664                 if (!zswap_has_pool)
665                         pr_err("can't enable, no pool configured\n");
666                 else
667                         ret = param_set_bool(val, kp);
668                 break;
669         case ZSWAP_INIT_FAILED:
670                 pr_err("can't enable, initialization failed\n");
671         }
672         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
673
674         return ret;
675 }
676
677 /*********************************
678 * lru functions
679 **********************************/
680
681 /* should be called under RCU */
682 #ifdef CONFIG_MEMCG
683 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
684 {
685         return entry->objcg ? obj_cgroup_memcg(entry->objcg) : NULL;
686 }
687 #else
688 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
689 {
690         return NULL;
691 }
692 #endif
693
694 static inline int entry_to_nid(struct zswap_entry *entry)
695 {
696         return page_to_nid(virt_to_page(entry));
697 }
698
699 static void zswap_lru_add(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
700 {
701         int nid = entry_to_nid(entry);
702         struct mem_cgroup *memcg;
703
704         /*
705          * Note that it is safe to use rcu_read_lock() here, even in the face of
706          * concurrent memcg offlining. Thanks to the memcg->kmemcg_id indirection
707          * used in list_lru lookup, only two scenarios are possible:
708          *
709          * 1. list_lru_add() is called before memcg->kmemcg_id is updated. The
710          *    new entry will be reparented to memcg's parent's list_lru.
711          * 2. list_lru_add() is called after memcg->kmemcg_id is updated. The
712          *    new entry will be added directly to memcg's parent's list_lru.
713          *
714          * Similar reasoning holds for list_lru_del().
715          */
716         rcu_read_lock();
717         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
718         /* will always succeed */
719         list_lru_add(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
720         rcu_read_unlock();
721 }
722
723 static void zswap_lru_del(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
724 {
725         int nid = entry_to_nid(entry);
726         struct mem_cgroup *memcg;
727
728         rcu_read_lock();
729         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
730         /* will always succeed */
731         list_lru_del(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
732         rcu_read_unlock();
733 }
734
735 void zswap_lruvec_state_init(struct lruvec *lruvec)
736 {
737         atomic_long_set(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins, 0);
738 }
739
740 void zswap_folio_swapin(struct folio *folio)
741 {
742         struct lruvec *lruvec;
743
744         if (folio) {
745                 lruvec = folio_lruvec(folio);
746                 atomic_long_inc(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins);
747         }
748 }
749
750 /*
751  * This function should be called when a memcg is being offlined.
752  *
753  * Since the global shrinker shrink_worker() may hold a reference
754  * of the memcg, we must check and release the reference in
755  * zswap_next_shrink.
756  *
757  * shrink_worker() must handle the case where this function releases
758  * the reference of memcg being shrunk.
759  */
760 void zswap_memcg_offline_cleanup(struct mem_cgroup *memcg)
761 {
762         /* lock out zswap shrinker walking memcg tree */
763         spin_lock(&zswap_shrink_lock);
764         if (zswap_next_shrink == memcg) {
765                 do {
766                         zswap_next_shrink = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
767                 } while (zswap_next_shrink && !mem_cgroup_online(zswap_next_shrink));
768         }
769         spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
770 }
771
772 /*********************************
773 * zswap entry functions
774 **********************************/
775 static struct kmem_cache *zswap_entry_cache;
776
777 static struct zswap_entry *zswap_entry_cache_alloc(gfp_t gfp, int nid)
778 {
779         struct zswap_entry *entry;
780         entry = kmem_cache_alloc_node(zswap_entry_cache, gfp, nid);
781         if (!entry)
782                 return NULL;
783         return entry;
784 }
785
786 static void zswap_entry_cache_free(struct zswap_entry *entry)
787 {
788         kmem_cache_free(zswap_entry_cache, entry);
789 }
790
791 /*
792  * Carries out the common pattern of freeing and entry's zpool allocation,
793  * freeing the entry itself, and decrementing the number of stored pages.
794  */
795 static void zswap_entry_free(struct zswap_entry *entry)
796 {
797         zswap_lru_del(&zswap_list_lru, entry);
798         zpool_free(entry->pool->zpool, entry->handle);
799         zswap_pool_put(entry->pool);
800         if (entry->objcg) {
801                 obj_cgroup_uncharge_zswap(entry->objcg, entry->length);
802                 obj_cgroup_put(entry->objcg);
803         }
804         zswap_entry_cache_free(entry);
805         atomic_dec(&zswap_stored_pages);
806 }
807
808 /*********************************
809 * compressed storage functions
810 **********************************/
811 static int zswap_cpu_comp_prepare(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
812 {
813         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
814         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
815         struct crypto_acomp *acomp;
816         struct acomp_req *req;
817         int ret;
818
819         mutex_init(&acomp_ctx->mutex);
820
821         acomp_ctx->buffer = kmalloc_node(PAGE_SIZE * 2, GFP_KERNEL, cpu_to_node(cpu));
822         if (!acomp_ctx->buffer)
823                 return -ENOMEM;
824
825         acomp = crypto_alloc_acomp_node(pool->tfm_name, 0, 0, cpu_to_node(cpu));
826         if (IS_ERR(acomp)) {
827                 pr_err("could not alloc crypto acomp %s : %ld\n",
828                                 pool->tfm_name, PTR_ERR(acomp));
829                 ret = PTR_ERR(acomp);
830                 goto acomp_fail;
831         }
832         acomp_ctx->acomp = acomp;
833         acomp_ctx->is_sleepable = acomp_is_async(acomp);
834
835         req = acomp_request_alloc(acomp_ctx->acomp);
836         if (!req) {
837                 pr_err("could not alloc crypto acomp_request %s\n",
838                        pool->tfm_name);
839                 ret = -ENOMEM;
840                 goto req_fail;
841         }
842         acomp_ctx->req = req;
843
844         crypto_init_wait(&acomp_ctx->wait);
845         /*
846          * if the backend of acomp is async zip, crypto_req_done() will wakeup
847          * crypto_wait_req(); if the backend of acomp is scomp, the callback
848          * won't be called, crypto_wait_req() will return without blocking.
849          */
850         acomp_request_set_callback(req, CRYPTO_TFM_REQ_MAY_BACKLOG,
851                                    crypto_req_done, &acomp_ctx->wait);
852
853         return 0;
854
855 req_fail:
856         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
857 acomp_fail:
858         kfree(acomp_ctx->buffer);
859         return ret;
860 }
861
862 static int zswap_cpu_comp_dead(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
863 {
864         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
865         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
866
867         if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx)) {
868                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->req))
869                         acomp_request_free(acomp_ctx->req);
870                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->acomp))
871                         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
872                 kfree(acomp_ctx->buffer);
873         }
874
875         return 0;
876 }
877
878 static bool zswap_compress(struct folio *folio, struct zswap_entry *entry)
879 {
880         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
881         struct scatterlist input, output;
882         int comp_ret = 0, alloc_ret = 0;
883         unsigned int dlen = PAGE_SIZE;
884         unsigned long handle;
885         struct zpool *zpool;
886         char *buf;
887         gfp_t gfp;
888         u8 *dst;
889
890         acomp_ctx = raw_cpu_ptr(entry->pool->acomp_ctx);
891
892         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
893
894         dst = acomp_ctx->buffer;
895         sg_init_table(&input, 1);
896         sg_set_folio(&input, folio, PAGE_SIZE, 0);
897
898         /*
899          * We need PAGE_SIZE * 2 here since there maybe over-compression case,
900          * and hardware-accelerators may won't check the dst buffer size, so
901          * giving the dst buffer with enough length to avoid buffer overflow.
902          */
903         sg_init_one(&output, dst, PAGE_SIZE * 2);
904         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, PAGE_SIZE, dlen);
905
906         /*
907          * it maybe looks a little bit silly that we send an asynchronous request,
908          * then wait for its completion synchronously. This makes the process look
909          * synchronous in fact.
910          * Theoretically, acomp supports users send multiple acomp requests in one
911          * acomp instance, then get those requests done simultaneously. but in this
912          * case, zswap actually does store and load page by page, there is no
913          * existing method to send the second page before the first page is done
914          * in one thread doing zwap.
915          * but in different threads running on different cpu, we have different
916          * acomp instance, so multiple threads can do (de)compression in parallel.
917          */
918         comp_ret = crypto_wait_req(crypto_acomp_compress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait);
919         dlen = acomp_ctx->req->dlen;
920         if (comp_ret)
921                 goto unlock;
922
923         zpool = entry->pool->zpool;
924         gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
925         if (zpool_malloc_support_movable(zpool))
926                 gfp |= __GFP_HIGHMEM | __GFP_MOVABLE;
927         alloc_ret = zpool_malloc(zpool, dlen, gfp, &handle);
928         if (alloc_ret)
929                 goto unlock;
930
931         buf = zpool_map_handle(zpool, handle, ZPOOL_MM_WO);
932         memcpy(buf, dst, dlen);
933         zpool_unmap_handle(zpool, handle);
934
935         entry->handle = handle;
936         entry->length = dlen;
937
938 unlock:
939         if (comp_ret == -ENOSPC || alloc_ret == -ENOSPC)
940                 zswap_reject_compress_poor++;
941         else if (comp_ret)
942                 zswap_reject_compress_fail++;
943         else if (alloc_ret)
944                 zswap_reject_alloc_fail++;
945
946         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
947         return comp_ret == 0 && alloc_ret == 0;
948 }
949
950 static void zswap_decompress(struct zswap_entry *entry, struct folio *folio)
951 {
952         struct zpool *zpool = entry->pool->zpool;
953         struct scatterlist input, output;
954         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
955         u8 *src;
956
957         acomp_ctx = raw_cpu_ptr(entry->pool->acomp_ctx);
958         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
959
960         src = zpool_map_handle(zpool, entry->handle, ZPOOL_MM_RO);
961         /*
962          * If zpool_map_handle is atomic, we cannot reliably utilize its mapped buffer
963          * to do crypto_acomp_decompress() which might sleep. In such cases, we must
964          * resort to copying the buffer to a temporary one.
965          * Meanwhile, zpool_map_handle() might return a non-linearly mapped buffer,
966          * such as a kmap address of high memory or even ever a vmap address.
967          * However, sg_init_one is only equipped to handle linearly mapped low memory.
968          * In such cases, we also must copy the buffer to a temporary and lowmem one.
969          */
970         if ((acomp_ctx->is_sleepable && !zpool_can_sleep_mapped(zpool)) ||
971             !virt_addr_valid(src)) {
972                 memcpy(acomp_ctx->buffer, src, entry->length);
973                 src = acomp_ctx->buffer;
974                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
975         }
976
977         sg_init_one(&input, src, entry->length);
978         sg_init_table(&output, 1);
979         sg_set_folio(&output, folio, PAGE_SIZE, 0);
980         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, entry->length, PAGE_SIZE);
981         BUG_ON(crypto_wait_req(crypto_acomp_decompress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait));
982         BUG_ON(acomp_ctx->req->dlen != PAGE_SIZE);
983         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
984
985         if (src != acomp_ctx->buffer)
986                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
987 }
988
989 /*********************************
990 * writeback code
991 **********************************/
992 /*
993  * Attempts to free an entry by adding a folio to the swap cache,
994  * decompressing the entry data into the folio, and issuing a
995  * bio write to write the folio back to the swap device.
996  *
997  * This can be thought of as a "resumed writeback" of the folio
998  * to the swap device.  We are basically resuming the same swap
999  * writeback path that was intercepted with the zswap_store()
1000  * in the first place.  After the folio has been decompressed into
1001  * the swap cache, the compressed version stored by zswap can be
1002  * freed.
1003  */
1004 static int zswap_writeback_entry(struct zswap_entry *entry,
1005                                  swp_entry_t swpentry)
1006 {
1007         struct xarray *tree;
1008         pgoff_t offset = swp_offset(swpentry);
1009         struct folio *folio;
1010         struct mempolicy *mpol;
1011         bool folio_was_allocated;
1012         struct writeback_control wbc = {
1013                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1014         };
1015
1016         /* try to allocate swap cache folio */
1017         mpol = get_task_policy(current);
1018         folio = __read_swap_cache_async(swpentry, GFP_KERNEL, mpol,
1019                                 NO_INTERLEAVE_INDEX, &folio_was_allocated, true);
1020         if (!folio)
1021                 return -ENOMEM;
1022
1023         /*
1024          * Found an existing folio, we raced with swapin or concurrent
1025          * shrinker. We generally writeback cold folios from zswap, and
1026          * swapin means the folio just became hot, so skip this folio.
1027          * For unlikely concurrent shrinker case, it will be unlinked
1028          * and freed when invalidated by the concurrent shrinker anyway.
1029          */
1030         if (!folio_was_allocated) {
1031                 folio_put(folio);
1032                 return -EEXIST;
1033         }
1034
1035         /*
1036          * folio is locked, and the swapcache is now secured against
1037          * concurrent swapping to and from the slot, and concurrent
1038          * swapoff so we can safely dereference the zswap tree here.
1039          * Verify that the swap entry hasn't been invalidated and recycled
1040          * behind our backs, to avoid overwriting a new swap folio with
1041          * old compressed data. Only when this is successful can the entry
1042          * be dereferenced.
1043          */
1044         tree = swap_zswap_tree(swpentry);
1045         if (entry != xa_cmpxchg(tree, offset, entry, NULL, GFP_KERNEL)) {
1046                 delete_from_swap_cache(folio);
1047                 folio_unlock(folio);
1048                 folio_put(folio);
1049                 return -ENOMEM;
1050         }
1051
1052         zswap_decompress(entry, folio);
1053
1054         count_vm_event(ZSWPWB);
1055         if (entry->objcg)
1056                 count_objcg_event(entry->objcg, ZSWPWB);
1057
1058         zswap_entry_free(entry);
1059
1060         /* folio is up to date */
1061         folio_mark_uptodate(folio);
1062
1063         /* move it to the tail of the inactive list after end_writeback */
1064         folio_set_reclaim(folio);
1065
1066         /* start writeback */
1067         __swap_writepage(folio, &wbc);
1068         folio_put(folio);
1069
1070         return 0;
1071 }
1072
1073 /*********************************
1074 * shrinker functions
1075 **********************************/
1076 /*
1077  * The dynamic shrinker is modulated by the following factors:
1078  *
1079  * 1. Each zswap entry has a referenced bit, which the shrinker unsets (giving
1080  *    the entry a second chance) before rotating it in the LRU list. If the
1081  *    entry is considered again by the shrinker, with its referenced bit unset,
1082  *    it is written back. The writeback rate as a result is dynamically
1083  *    adjusted by the pool activities - if the pool is dominated by new entries
1084  *    (i.e lots of recent zswapouts), these entries will be protected and
1085  *    the writeback rate will slow down. On the other hand, if the pool has a
1086  *    lot of stagnant entries, these entries will be reclaimed immediately,
1087  *    effectively increasing the writeback rate.
1088  *
1089  * 2. Swapins counter: If we observe swapins, it is a sign that we are
1090  *    overshrinking and should slow down. We maintain a swapins counter, which
1091  *    is consumed and subtract from the number of eligible objects on the LRU
1092  *    in zswap_shrinker_count().
1093  *
1094  * 3. Compression ratio. The better the workload compresses, the less gains we
1095  *    can expect from writeback. We scale down the number of objects available
1096  *    for reclaim by this ratio.
1097  */
1098 static enum lru_status shrink_memcg_cb(struct list_head *item, struct list_lru_one *l,
1099                                        spinlock_t *lock, void *arg)
1100 {
1101         struct zswap_entry *entry = container_of(item, struct zswap_entry, lru);
1102         bool *encountered_page_in_swapcache = (bool *)arg;
1103         swp_entry_t swpentry;
1104         enum lru_status ret = LRU_REMOVED_RETRY;
1105         int writeback_result;
1106
1107         /*
1108          * Second chance algorithm: if the entry has its referenced bit set, give it
1109          * a second chance. Only clear the referenced bit and rotate it in the
1110          * zswap's LRU list.
1111          */
1112         if (entry->referenced) {
1113                 entry->referenced = false;
1114                 return LRU_ROTATE;
1115         }
1116
1117         /*
1118          * As soon as we drop the LRU lock, the entry can be freed by
1119          * a concurrent invalidation. This means the following:
1120          *
1121          * 1. We extract the swp_entry_t to the stack, allowing
1122          *    zswap_writeback_entry() to pin the swap entry and
1123          *    then validate the zwap entry against that swap entry's
1124          *    tree using pointer value comparison. Only when that
1125          *    is successful can the entry be dereferenced.
1126          *
1127          * 2. Usually, objects are taken off the LRU for reclaim. In
1128          *    this case this isn't possible, because if reclaim fails
1129          *    for whatever reason, we have no means of knowing if the
1130          *    entry is alive to put it back on the LRU.
1131          *
1132          *    So rotate it before dropping the lock. If the entry is
1133          *    written back or invalidated, the free path will unlink
1134          *    it. For failures, rotation is the right thing as well.
1135          *
1136          *    Temporary failures, where the same entry should be tried
1137          *    again immediately, almost never happen for this shrinker.
1138          *    We don't do any trylocking; -ENOMEM comes closest,
1139          *    but that's extremely rare and doesn't happen spuriously
1140          *    either. Don't bother distinguishing this case.
1141          */
1142         list_move_tail(item, &l->list);
1143
1144         /*
1145          * Once the lru lock is dropped, the entry might get freed. The
1146          * swpentry is copied to the stack, and entry isn't deref'd again
1147          * until the entry is verified to still be alive in the tree.
1148          */
1149         swpentry = entry->swpentry;
1150
1151         /*
1152          * It's safe to drop the lock here because we return either
1153          * LRU_REMOVED_RETRY or LRU_RETRY.
1154          */
1155         spin_unlock(lock);
1156
1157         writeback_result = zswap_writeback_entry(entry, swpentry);
1158
1159         if (writeback_result) {
1160                 zswap_reject_reclaim_fail++;
1161                 ret = LRU_RETRY;
1162
1163                 /*
1164                  * Encountering a page already in swap cache is a sign that we are shrinking
1165                  * into the warmer region. We should terminate shrinking (if we're in the dynamic
1166                  * shrinker context).
1167                  */
1168                 if (writeback_result == -EEXIST && encountered_page_in_swapcache) {
1169                         ret = LRU_STOP;
1170                         *encountered_page_in_swapcache = true;
1171                 }
1172         } else {
1173                 zswap_written_back_pages++;
1174         }
1175
1176         spin_lock(lock);
1177         return ret;
1178 }
1179
1180 static unsigned long zswap_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
1181                 struct shrink_control *sc)
1182 {
1183         unsigned long shrink_ret;
1184         bool encountered_page_in_swapcache = false;
1185
1186         if (!zswap_shrinker_enabled ||
1187                         !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(sc->memcg)) {
1188                 sc->nr_scanned = 0;
1189                 return SHRINK_STOP;
1190         }
1191
1192         shrink_ret = list_lru_shrink_walk(&zswap_list_lru, sc, &shrink_memcg_cb,
1193                 &encountered_page_in_swapcache);
1194
1195         if (encountered_page_in_swapcache)
1196                 return SHRINK_STOP;
1197
1198         return shrink_ret ? shrink_ret : SHRINK_STOP;
1199 }
1200
1201 static unsigned long zswap_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
1202                 struct shrink_control *sc)
1203 {
1204         struct mem_cgroup *memcg = sc->memcg;
1205         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, NODE_DATA(sc->nid));
1206         atomic_long_t *nr_disk_swapins =
1207                 &lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins;
1208         unsigned long nr_backing, nr_stored, nr_freeable, nr_disk_swapins_cur,
1209                 nr_remain;
1210
1211         if (!zswap_shrinker_enabled || !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1212                 return 0;
1213
1214         /*
1215          * The shrinker resumes swap writeback, which will enter block
1216          * and may enter fs. XXX: Harmonize with vmscan.c __GFP_FS
1217          * rules (may_enter_fs()), which apply on a per-folio basis.
1218          */
1219         if (!gfp_has_io_fs(sc->gfp_mask))
1220                 return 0;
1221
1222         /*
1223          * For memcg, use the cgroup-wide ZSWAP stats since we don't
1224          * have them per-node and thus per-lruvec. Careful if memcg is
1225          * runtime-disabled: we can get sc->memcg == NULL, which is ok
1226          * for the lruvec, but not for memcg_page_state().
1227          *
1228          * Without memcg, use the zswap pool-wide metrics.
1229          */
1230         if (!mem_cgroup_disabled()) {
1231                 mem_cgroup_flush_stats(memcg);
1232                 nr_backing = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAP_B) >> PAGE_SHIFT;
1233                 nr_stored = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAPPED);
1234         } else {
1235                 nr_backing = zswap_total_pages();
1236                 nr_stored = atomic_read(&zswap_stored_pages);
1237         }
1238
1239         if (!nr_stored)
1240                 return 0;
1241
1242         nr_freeable = list_lru_shrink_count(&zswap_list_lru, sc);
1243         if (!nr_freeable)
1244                 return 0;
1245
1246         /*
1247          * Subtract from the lru size the number of pages that are recently swapped
1248          * in from disk. The idea is that had we protect the zswap's LRU by this
1249          * amount of pages, these disk swapins would not have happened.
1250          */
1251         nr_disk_swapins_cur = atomic_long_read(nr_disk_swapins);
1252         do {
1253                 if (nr_freeable >= nr_disk_swapins_cur)
1254                         nr_remain = 0;
1255                 else
1256                         nr_remain = nr_disk_swapins_cur - nr_freeable;
1257         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(
1258                 nr_disk_swapins, &nr_disk_swapins_cur, nr_remain));
1259
1260         nr_freeable -= nr_disk_swapins_cur - nr_remain;
1261         if (!nr_freeable)
1262                 return 0;
1263
1264         /*
1265          * Scale the number of freeable pages by the memory saving factor.
1266          * This ensures that the better zswap compresses memory, the fewer
1267          * pages we will evict to swap (as it will otherwise incur IO for
1268          * relatively small memory saving).
1269          */
1270         return mult_frac(nr_freeable, nr_backing, nr_stored);
1271 }
1272
1273 static struct shrinker *zswap_alloc_shrinker(void)
1274 {
1275         struct shrinker *shrinker;
1276
1277         shrinker =
1278                 shrinker_alloc(SHRINKER_NUMA_AWARE | SHRINKER_MEMCG_AWARE, "mm-zswap");
1279         if (!shrinker)
1280                 return NULL;
1281
1282         shrinker->scan_objects = zswap_shrinker_scan;
1283         shrinker->count_objects = zswap_shrinker_count;
1284         shrinker->batch = 0;
1285         shrinker->seeks = DEFAULT_SEEKS;
1286         return shrinker;
1287 }
1288
1289 static int shrink_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
1290 {
1291         int nid, shrunk = 0, scanned = 0;
1292
1293         if (!mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1294                 return -ENOENT;
1295
1296         /*
1297          * Skip zombies because their LRUs are reparented and we would be
1298          * reclaiming from the parent instead of the dead memcg.
1299          */
1300         if (memcg && !mem_cgroup_online(memcg))
1301                 return -ENOENT;
1302
1303         for_each_node_state(nid, N_NORMAL_MEMORY) {
1304                 unsigned long nr_to_walk = 1;
1305
1306                 shrunk += list_lru_walk_one(&zswap_list_lru, nid, memcg,
1307                                             &shrink_memcg_cb, NULL, &nr_to_walk);
1308                 scanned += 1 - nr_to_walk;
1309         }
1310
1311         if (!scanned)
1312                 return -ENOENT;
1313
1314         return shrunk ? 0 : -EAGAIN;
1315 }
1316
1317 static void shrink_worker(struct work_struct *w)
1318 {
1319         struct mem_cgroup *memcg;
1320         int ret, failures = 0, attempts = 0;
1321         unsigned long thr;
1322
1323         /* Reclaim down to the accept threshold */
1324         thr = zswap_accept_thr_pages();
1325
1326         /*
1327          * Global reclaim will select cgroup in a round-robin fashion from all
1328          * online memcgs, but memcgs that have no pages in zswap and
1329          * writeback-disabled memcgs (memory.zswap.writeback=0) are not
1330          * candidates for shrinking.
1331          *
1332          * Shrinking will be aborted if we encounter the following
1333          * MAX_RECLAIM_RETRIES times:
1334          * - No writeback-candidate memcgs found in a memcg tree walk.
1335          * - Shrinking a writeback-candidate memcg failed.
1336          *
1337          * We save iteration cursor memcg into zswap_next_shrink,
1338          * which can be modified by the offline memcg cleaner
1339          * zswap_memcg_offline_cleanup().
1340          *
1341          * Since the offline cleaner is called only once, we cannot leave an
1342          * offline memcg reference in zswap_next_shrink.
1343          * We can rely on the cleaner only if we get online memcg under lock.
1344          *
1345          * If we get an offline memcg, we cannot determine if the cleaner has
1346          * already been called or will be called later. We must put back the
1347          * reference before returning from this function. Otherwise, the
1348          * offline memcg left in zswap_next_shrink will hold the reference
1349          * until the next run of shrink_worker().
1350          */
1351         do {
1352                 /*
1353                  * Start shrinking from the next memcg after zswap_next_shrink.
1354                  * When the offline cleaner has already advanced the cursor,
1355                  * advancing the cursor here overlooks one memcg, but this
1356                  * should be negligibly rare.
1357                  *
1358                  * If we get an online memcg, keep the extra reference in case
1359                  * the original one obtained by mem_cgroup_iter() is dropped by
1360                  * zswap_memcg_offline_cleanup() while we are shrinking the
1361                  * memcg.
1362                  */
1363                 spin_lock(&zswap_shrink_lock);
1364                 do {
1365                         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
1366                         zswap_next_shrink = memcg;
1367                 } while (memcg && !mem_cgroup_tryget_online(memcg));
1368                 spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
1369
1370                 if (!memcg) {
1371                         /*
1372                          * Continue shrinking without incrementing failures if
1373                          * we found candidate memcgs in the last tree walk.
1374                          */
1375                         if (!attempts && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1376                                 break;
1377
1378                         attempts = 0;
1379                         goto resched;
1380                 }
1381
1382                 ret = shrink_memcg(memcg);
1383                 /* drop the extra reference */
1384                 mem_cgroup_put(memcg);
1385
1386                 /*
1387                  * There are no writeback-candidate pages in the memcg.
1388                  * This is not an issue as long as we can find another memcg
1389                  * with pages in zswap. Skip this without incrementing attempts
1390                  * and failures.
1391                  */
1392                 if (ret == -ENOENT)
1393                         continue;
1394                 ++attempts;
1395
1396                 if (ret && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1397                         break;
1398 resched:
1399                 cond_resched();
1400         } while (zswap_total_pages() > thr);
1401 }
1402
1403 /*********************************
1404 * main API
1405 **********************************/
1406 bool zswap_store(struct folio *folio)
1407 {
1408         swp_entry_t swp = folio->swap;
1409         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1410         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1411         struct zswap_entry *entry, *old;
1412         struct obj_cgroup *objcg = NULL;
1413         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1414
1415         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1416         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_swapcache(folio));
1417
1418         /* Large folios aren't supported */
1419         if (folio_test_large(folio))
1420                 return false;
1421
1422         if (!zswap_enabled)
1423                 goto check_old;
1424
1425         /* Check cgroup limits */
1426         objcg = get_obj_cgroup_from_folio(folio);
1427         if (objcg && !obj_cgroup_may_zswap(objcg)) {
1428                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1429                 if (shrink_memcg(memcg)) {
1430                         mem_cgroup_put(memcg);
1431                         goto reject;
1432                 }
1433                 mem_cgroup_put(memcg);
1434         }
1435
1436         if (zswap_check_limits())
1437                 goto reject;
1438
1439         /* allocate entry */
1440         entry = zswap_entry_cache_alloc(GFP_KERNEL, folio_nid(folio));
1441         if (!entry) {
1442                 zswap_reject_kmemcache_fail++;
1443                 goto reject;
1444         }
1445
1446         /* if entry is successfully added, it keeps the reference */
1447         entry->pool = zswap_pool_current_get();
1448         if (!entry->pool)
1449                 goto freepage;
1450
1451         if (objcg) {
1452                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1453                 if (memcg_list_lru_alloc(memcg, &zswap_list_lru, GFP_KERNEL)) {
1454                         mem_cgroup_put(memcg);
1455                         goto put_pool;
1456                 }
1457                 mem_cgroup_put(memcg);
1458         }
1459
1460         if (!zswap_compress(folio, entry))
1461                 goto put_pool;
1462
1463         entry->swpentry = swp;
1464         entry->objcg = objcg;
1465         entry->referenced = true;
1466
1467         old = xa_store(tree, offset, entry, GFP_KERNEL);
1468         if (xa_is_err(old)) {
1469                 int err = xa_err(old);
1470
1471                 WARN_ONCE(err != -ENOMEM, "unexpected xarray error: %d\n", err);
1472                 zswap_reject_alloc_fail++;
1473                 goto store_failed;
1474         }
1475
1476         /*
1477          * We may have had an existing entry that became stale when
1478          * the folio was redirtied and now the new version is being
1479          * swapped out. Get rid of the old.
1480          */
1481         if (old)
1482                 zswap_entry_free(old);
1483
1484         if (objcg) {
1485                 obj_cgroup_charge_zswap(objcg, entry->length);
1486                 count_objcg_event(objcg, ZSWPOUT);
1487         }
1488
1489         /*
1490          * We finish initializing the entry while it's already in xarray.
1491          * This is safe because:
1492          *
1493          * 1. Concurrent stores and invalidations are excluded by folio lock.
1494          *
1495          * 2. Writeback is excluded by the entry not being on the LRU yet.
1496          *    The publishing order matters to prevent writeback from seeing
1497          *    an incoherent entry.
1498          */
1499         if (entry->length) {
1500                 INIT_LIST_HEAD(&entry->lru);
1501                 zswap_lru_add(&zswap_list_lru, entry);
1502         }
1503
1504         /* update stats */
1505         atomic_inc(&zswap_stored_pages);
1506         count_vm_event(ZSWPOUT);
1507
1508         return true;
1509
1510 store_failed:
1511         zpool_free(entry->pool->zpool, entry->handle);
1512 put_pool:
1513         zswap_pool_put(entry->pool);
1514 freepage:
1515         zswap_entry_cache_free(entry);
1516 reject:
1517         obj_cgroup_put(objcg);
1518         if (zswap_pool_reached_full)
1519                 queue_work(shrink_wq, &zswap_shrink_work);
1520 check_old:
1521         /*
1522          * If the zswap store fails or zswap is disabled, we must invalidate the
1523          * possibly stale entry which was previously stored at this offset.
1524          * Otherwise, writeback could overwrite the new data in the swapfile.
1525          */
1526         entry = xa_erase(tree, offset);
1527         if (entry)
1528                 zswap_entry_free(entry);
1529         return false;
1530 }
1531
1532 bool zswap_load(struct folio *folio)
1533 {
1534         swp_entry_t swp = folio->swap;
1535         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1536         bool swapcache = folio_test_swapcache(folio);
1537         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1538         struct zswap_entry *entry;
1539
1540         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1541
1542         if (zswap_never_enabled())
1543                 return false;
1544
1545         /*
1546          * Large folios should not be swapped in while zswap is being used, as
1547          * they are not properly handled. Zswap does not properly load large
1548          * folios, and a large folio may only be partially in zswap.
1549          *
1550          * Return true without marking the folio uptodate so that an IO error is
1551          * emitted (e.g. do_swap_page() will sigbus).
1552          */
1553         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_large(folio)))
1554                 return true;
1555
1556         /*
1557          * When reading into the swapcache, invalidate our entry. The
1558          * swapcache can be the authoritative owner of the page and
1559          * its mappings, and the pressure that results from having two
1560          * in-memory copies outweighs any benefits of caching the
1561          * compression work.
1562          *
1563          * (Most swapins go through the swapcache. The notable
1564          * exception is the singleton fault on SWP_SYNCHRONOUS_IO
1565          * files, which reads into a private page and may free it if
1566          * the fault fails. We remain the primary owner of the entry.)
1567          */
1568         if (swapcache)
1569                 entry = xa_erase(tree, offset);
1570         else
1571                 entry = xa_load(tree, offset);
1572
1573         if (!entry)
1574                 return false;
1575
1576         zswap_decompress(entry, folio);
1577
1578         count_vm_event(ZSWPIN);
1579         if (entry->objcg)
1580                 count_objcg_event(entry->objcg, ZSWPIN);
1581
1582         if (swapcache) {
1583                 zswap_entry_free(entry);
1584                 folio_mark_dirty(folio);
1585         }
1586
1587         folio_mark_uptodate(folio);
1588         return true;
1589 }
1590
1591 void zswap_invalidate(swp_entry_t swp)
1592 {
1593         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1594         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1595         struct zswap_entry *entry;
1596
1597         entry = xa_erase(tree, offset);
1598         if (entry)
1599                 zswap_entry_free(entry);
1600 }
1601
1602 int zswap_swapon(int type, unsigned long nr_pages)
1603 {
1604         struct xarray *trees, *tree;
1605         unsigned int nr, i;
1606
1607         nr = DIV_ROUND_UP(nr_pages, SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES);
1608         trees = kvcalloc(nr, sizeof(*tree), GFP_KERNEL);
1609         if (!trees) {
1610                 pr_err("alloc failed, zswap disabled for swap type %d\n", type);
1611                 return -ENOMEM;
1612         }
1613
1614         for (i = 0; i < nr; i++)
1615                 xa_init(trees + i);
1616
1617         nr_zswap_trees[type] = nr;
1618         zswap_trees[type] = trees;
1619         return 0;
1620 }
1621
1622 void zswap_swapoff(int type)
1623 {
1624         struct xarray *trees = zswap_trees[type];
1625         unsigned int i;
1626
1627         if (!trees)
1628                 return;
1629
1630         /* try_to_unuse() invalidated all the entries already */
1631         for (i = 0; i < nr_zswap_trees[type]; i++)
1632                 WARN_ON_ONCE(!xa_empty(trees + i));
1633
1634         kvfree(trees);
1635         nr_zswap_trees[type] = 0;
1636         zswap_trees[type] = NULL;
1637 }
1638
1639 /*********************************
1640 * debugfs functions
1641 **********************************/
1642 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1643 #include <linux/debugfs.h>
1644
1645 static struct dentry *zswap_debugfs_root;
1646
1647 static int debugfs_get_total_size(void *data, u64 *val)
1648 {
1649         *val = zswap_total_pages() * PAGE_SIZE;
1650         return 0;
1651 }
1652 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(total_size_fops, debugfs_get_total_size, NULL, "%llu\n");
1653
1654 static int zswap_debugfs_init(void)
1655 {
1656         if (!debugfs_initialized())
1657                 return -ENODEV;
1658
1659         zswap_debugfs_root = debugfs_create_dir("zswap", NULL);
1660
1661         debugfs_create_u64("pool_limit_hit", 0444,
1662                            zswap_debugfs_root, &zswap_pool_limit_hit);
1663         debugfs_create_u64("reject_reclaim_fail", 0444,
1664                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_reclaim_fail);
1665         debugfs_create_u64("reject_alloc_fail", 0444,
1666                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_alloc_fail);
1667         debugfs_create_u64("reject_kmemcache_fail", 0444,
1668                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_kmemcache_fail);
1669         debugfs_create_u64("reject_compress_fail", 0444,
1670                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_fail);
1671         debugfs_create_u64("reject_compress_poor", 0444,
1672                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_poor);
1673         debugfs_create_u64("written_back_pages", 0444,
1674                            zswap_debugfs_root, &zswap_written_back_pages);
1675         debugfs_create_file("pool_total_size", 0444,
1676                             zswap_debugfs_root, NULL, &total_size_fops);
1677         debugfs_create_atomic_t("stored_pages", 0444,
1678                                 zswap_debugfs_root, &zswap_stored_pages);
1679
1680         return 0;
1681 }
1682 #else
1683 static int zswap_debugfs_init(void)
1684 {
1685         return 0;
1686 }
1687 #endif
1688
1689 /*********************************
1690 * module init and exit
1691 **********************************/
1692 static int zswap_setup(void)
1693 {
1694         struct zswap_pool *pool;
1695         int ret;
1696
1697         zswap_entry_cache = KMEM_CACHE(zswap_entry, 0);
1698         if (!zswap_entry_cache) {
1699                 pr_err("entry cache creation failed\n");
1700                 goto cache_fail;
1701         }
1702
1703         ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
1704                                       "mm/zswap_pool:prepare",
1705                                       zswap_cpu_comp_prepare,
1706                                       zswap_cpu_comp_dead);
1707         if (ret)
1708                 goto hp_fail;
1709
1710         shrink_wq = alloc_workqueue("zswap-shrink",
1711                         WQ_UNBOUND|WQ_MEM_RECLAIM, 1);
1712         if (!shrink_wq)
1713                 goto shrink_wq_fail;
1714
1715         zswap_shrinker = zswap_alloc_shrinker();
1716         if (!zswap_shrinker)
1717                 goto shrinker_fail;
1718         if (list_lru_init_memcg(&zswap_list_lru, zswap_shrinker))
1719                 goto lru_fail;
1720         shrinker_register(zswap_shrinker);
1721
1722         INIT_WORK(&zswap_shrink_work, shrink_worker);
1723
1724         pool = __zswap_pool_create_fallback();
1725         if (pool) {
1726                 pr_info("loaded using pool %s/%s\n", pool->tfm_name,
1727                         zpool_get_type(pool->zpool));
1728                 list_add(&pool->list, &zswap_pools);
1729                 zswap_has_pool = true;
1730                 static_branch_enable(&zswap_ever_enabled);
1731         } else {
1732                 pr_err("pool creation failed\n");
1733                 zswap_enabled = false;
1734         }
1735
1736         if (zswap_debugfs_init())
1737                 pr_warn("debugfs initialization failed\n");
1738         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_SUCCEED;
1739         return 0;
1740
1741 lru_fail:
1742         shrinker_free(zswap_shrinker);
1743 shrinker_fail:
1744         destroy_workqueue(shrink_wq);
1745 shrink_wq_fail:
1746         cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE);
1747 hp_fail:
1748         kmem_cache_destroy(zswap_entry_cache);
1749 cache_fail:
1750         /* if built-in, we aren't unloaded on failure; don't allow use */
1751         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_FAILED;
1752         zswap_enabled = false;
1753         return -ENOMEM;
1754 }
1755
1756 static int __init zswap_init(void)
1757 {
1758         if (!zswap_enabled)
1759                 return 0;
1760         return zswap_setup();
1761 }
1762 /* must be late so crypto has time to come up */
1763 late_initcall(zswap_init);
1764
1765 MODULE_AUTHOR("Seth Jennings <[email protected]>");
1766 MODULE_DESCRIPTION("Compressed cache for swap pages");
This page took 0.130537 seconds and 4 git commands to generate.