swap: cull unevictable pages in fault path
[linux-2.6.git] / mm / swap.c
1 /*
2  *  linux/mm/swap.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
5  */
6
7 /*
8  * This file contains the default values for the operation of the
9  * Linux VM subsystem. Fine-tuning documentation can be found in
10  * Documentation/sysctl/vm.txt.
11  * Started 18.12.91
12  * Swap aging added 23.2.95, Stephen Tweedie.
13  * Buffermem limits added 12.3.98, Rik van Riel.
14  */
15
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/sched.h>
18 #include <linux/kernel_stat.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/mman.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/pagevec.h>
23 #include <linux/init.h>
24 #include <linux/module.h>
25 #include <linux/mm_inline.h>
26 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page() */
27 #include <linux/percpu_counter.h>
28 #include <linux/percpu.h>
29 #include <linux/cpu.h>
30 #include <linux/notifier.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/memcontrol.h>
33
34 #include "internal.h"
35
36 /* How many pages do we try to swap or page in/out together? */
37 int page_cluster;
38
39 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec[NR_LRU_LISTS], lru_add_pvecs);
40 static DEFINE_PER_CPU(struct pagevec, lru_rotate_pvecs);
41
42 /*
43  * This path almost never happens for VM activity - pages are normally
44  * freed via pagevecs.  But it gets used by networking.
45  */
46 static void __page_cache_release(struct page *page)
47 {
48         if (PageLRU(page)) {
49                 unsigned long flags;
50                 struct zone *zone = page_zone(page);
51
52                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
53                 VM_BUG_ON(!PageLRU(page));
54                 __ClearPageLRU(page);
55                 del_page_from_lru(zone, page);
56                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
57         }
58         free_hot_page(page);
59 }
60
61 static void put_compound_page(struct page *page)
62 {
63         page = compound_head(page);
64         if (put_page_testzero(page)) {
65                 compound_page_dtor *dtor;
66
67                 dtor = get_compound_page_dtor(page);
68                 (*dtor)(page);
69         }
70 }
71
72 void put_page(struct page *page)
73 {
74         if (unlikely(PageCompound(page)))
75                 put_compound_page(page);
76         else if (put_page_testzero(page))
77                 __page_cache_release(page);
78 }
79 EXPORT_SYMBOL(put_page);
80
81 /**
82  * put_pages_list() - release a list of pages
83  * @pages: list of pages threaded on page->lru
84  *
85  * Release a list of pages which are strung together on page.lru.  Currently
86  * used by read_cache_pages() and related error recovery code.
87  */
88 void put_pages_list(struct list_head *pages)
89 {
90         while (!list_empty(pages)) {
91                 struct page *victim;
92
93                 victim = list_entry(pages->prev, struct page, lru);
94                 list_del(&victim->lru);
95                 page_cache_release(victim);
96         }
97 }
98 EXPORT_SYMBOL(put_pages_list);
99
100 /*
101  * pagevec_move_tail() must be called with IRQ disabled.
102  * Otherwise this may cause nasty races.
103  */
104 static void pagevec_move_tail(struct pagevec *pvec)
105 {
106         int i;
107         int pgmoved = 0;
108         struct zone *zone = NULL;
109
110         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
111                 struct page *page = pvec->pages[i];
112                 struct zone *pagezone = page_zone(page);
113
114                 if (pagezone != zone) {
115                         if (zone)
116                                 spin_unlock(&zone->lru_lock);
117                         zone = pagezone;
118                         spin_lock(&zone->lru_lock);
119                 }
120                 if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
121                         int lru = page_is_file_cache(page);
122                         list_move_tail(&page->lru, &zone->lru[lru].list);
123                         pgmoved++;
124                 }
125         }
126         if (zone)
127                 spin_unlock(&zone->lru_lock);
128         __count_vm_events(PGROTATED, pgmoved);
129         release_pages(pvec->pages, pvec->nr, pvec->cold);
130         pagevec_reinit(pvec);
131 }
132
133 /*
134  * Writeback is about to end against a page which has been marked for immediate
135  * reclaim.  If it still appears to be reclaimable, move it to the tail of the
136  * inactive list.
137  */
138 void  rotate_reclaimable_page(struct page *page)
139 {
140         if (!PageLocked(page) && !PageDirty(page) && !PageActive(page) &&
141             !PageUnevictable(page) && PageLRU(page)) {
142                 struct pagevec *pvec;
143                 unsigned long flags;
144
145                 page_cache_get(page);
146                 local_irq_save(flags);
147                 pvec = &__get_cpu_var(lru_rotate_pvecs);
148                 if (!pagevec_add(pvec, page))
149                         pagevec_move_tail(pvec);
150                 local_irq_restore(flags);
151         }
152 }
153
154 /*
155  * FIXME: speed this up?
156  */
157 void activate_page(struct page *page)
158 {
159         struct zone *zone = page_zone(page);
160
161         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
162         if (PageLRU(page) && !PageActive(page) && !PageUnevictable(page)) {
163                 int file = page_is_file_cache(page);
164                 int lru = LRU_BASE + file;
165                 del_page_from_lru_list(zone, page, lru);
166
167                 SetPageActive(page);
168                 lru += LRU_ACTIVE;
169                 add_page_to_lru_list(zone, page, lru);
170                 __count_vm_event(PGACTIVATE);
171                 mem_cgroup_move_lists(page, lru);
172
173                 zone->recent_rotated[!!file]++;
174                 zone->recent_scanned[!!file]++;
175         }
176         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
177 }
178
179 /*
180  * Mark a page as having seen activity.
181  *
182  * inactive,unreferenced        ->      inactive,referenced
183  * inactive,referenced          ->      active,unreferenced
184  * active,unreferenced          ->      active,referenced
185  */
186 void mark_page_accessed(struct page *page)
187 {
188         if (!PageActive(page) && !PageUnevictable(page) &&
189                         PageReferenced(page) && PageLRU(page)) {
190                 activate_page(page);
191                 ClearPageReferenced(page);
192         } else if (!PageReferenced(page)) {
193                 SetPageReferenced(page);
194         }
195 }
196
197 EXPORT_SYMBOL(mark_page_accessed);
198
199 void __lru_cache_add(struct page *page, enum lru_list lru)
200 {
201         struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_add_pvecs)[lru];
202
203         page_cache_get(page);
204         if (!pagevec_add(pvec, page))
205                 ____pagevec_lru_add(pvec, lru);
206         put_cpu_var(lru_add_pvecs);
207 }
208
209 /**
210  * lru_cache_add_lru - add a page to a page list
211  * @page: the page to be added to the LRU.
212  * @lru: the LRU list to which the page is added.
213  */
214 void lru_cache_add_lru(struct page *page, enum lru_list lru)
215 {
216         if (PageActive(page)) {
217                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
218                 ClearPageActive(page);
219         } else if (PageUnevictable(page)) {
220                 VM_BUG_ON(PageActive(page));
221                 ClearPageUnevictable(page);
222         }
223
224         VM_BUG_ON(PageLRU(page) || PageActive(page) || PageUnevictable(page));
225         __lru_cache_add(page, lru);
226 }
227
228 /**
229  * add_page_to_unevictable_list - add a page to the unevictable list
230  * @page:  the page to be added to the unevictable list
231  *
232  * Add page directly to its zone's unevictable list.  To avoid races with
233  * tasks that might be making the page evictable, through eg. munlock,
234  * munmap or exit, while it's not on the lru, we want to add the page
235  * while it's locked or otherwise "invisible" to other tasks.  This is
236  * difficult to do when using the pagevec cache, so bypass that.
237  */
238 void add_page_to_unevictable_list(struct page *page)
239 {
240         struct zone *zone = page_zone(page);
241
242         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
243         SetPageUnevictable(page);
244         SetPageLRU(page);
245         add_page_to_lru_list(zone, page, LRU_UNEVICTABLE);
246         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
247 }
248
249 /**
250  * lru_cache_add_active_or_unevictable
251  * @page:  the page to be added to LRU
252  * @vma:   vma in which page is mapped for determining reclaimability
253  *
254  * place @page on active or unevictable LRU list, depending on
255  * page_evictable().  Note that if the page is not evictable,
256  * it goes directly back onto it's zone's unevictable list.  It does
257  * NOT use a per cpu pagevec.
258  */
259 void lru_cache_add_active_or_unevictable(struct page *page,
260                                         struct vm_area_struct *vma)
261 {
262         if (page_evictable(page, vma))
263                 lru_cache_add_lru(page, LRU_ACTIVE + page_is_file_cache(page));
264         else
265                 add_page_to_unevictable_list(page);
266 }
267
268 /*
269  * Drain pages out of the cpu's pagevecs.
270  * Either "cpu" is the current CPU, and preemption has already been
271  * disabled; or "cpu" is being hot-unplugged, and is already dead.
272  */
273 static void drain_cpu_pagevecs(int cpu)
274 {
275         struct pagevec *pvecs = per_cpu(lru_add_pvecs, cpu);
276         struct pagevec *pvec;
277         int lru;
278
279         for_each_lru(lru) {
280                 pvec = &pvecs[lru - LRU_BASE];
281                 if (pagevec_count(pvec))
282                         ____pagevec_lru_add(pvec, lru);
283         }
284
285         pvec = &per_cpu(lru_rotate_pvecs, cpu);
286         if (pagevec_count(pvec)) {
287                 unsigned long flags;
288
289                 /* No harm done if a racing interrupt already did this */
290                 local_irq_save(flags);
291                 pagevec_move_tail(pvec);
292                 local_irq_restore(flags);
293         }
294 }
295
296 void lru_add_drain(void)
297 {
298         drain_cpu_pagevecs(get_cpu());
299         put_cpu();
300 }
301
302 #if defined(CONFIG_NUMA) || defined(CONFIG_UNEVICTABLE_LRU)
303 static void lru_add_drain_per_cpu(struct work_struct *dummy)
304 {
305         lru_add_drain();
306 }
307
308 /*
309  * Returns 0 for success
310  */
311 int lru_add_drain_all(void)
312 {
313         return schedule_on_each_cpu(lru_add_drain_per_cpu);
314 }
315
316 #else
317
318 /*
319  * Returns 0 for success
320  */
321 int lru_add_drain_all(void)
322 {
323         lru_add_drain();
324         return 0;
325 }
326 #endif
327
328 /*
329  * Batched page_cache_release().  Decrement the reference count on all the
330  * passed pages.  If it fell to zero then remove the page from the LRU and
331  * free it.
332  *
333  * Avoid taking zone->lru_lock if possible, but if it is taken, retain it
334  * for the remainder of the operation.
335  *
336  * The locking in this function is against shrink_inactive_list(): we recheck
337  * the page count inside the lock to see whether shrink_inactive_list()
338  * grabbed the page via the LRU.  If it did, give up: shrink_inactive_list()
339  * will free it.
340  */
341 void release_pages(struct page **pages, int nr, int cold)
342 {
343         int i;
344         struct pagevec pages_to_free;
345         struct zone *zone = NULL;
346         unsigned long uninitialized_var(flags);
347
348         pagevec_init(&pages_to_free, cold);
349         for (i = 0; i < nr; i++) {
350                 struct page *page = pages[i];
351
352                 if (unlikely(PageCompound(page))) {
353                         if (zone) {
354                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
355                                 zone = NULL;
356                         }
357                         put_compound_page(page);
358                         continue;
359                 }
360
361                 if (!put_page_testzero(page))
362                         continue;
363
364                 if (PageLRU(page)) {
365                         struct zone *pagezone = page_zone(page);
366
367                         if (pagezone != zone) {
368                                 if (zone)
369                                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock,
370                                                                         flags);
371                                 zone = pagezone;
372                                 spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
373                         }
374                         VM_BUG_ON(!PageLRU(page));
375                         __ClearPageLRU(page);
376                         del_page_from_lru(zone, page);
377                 }
378
379                 if (!pagevec_add(&pages_to_free, page)) {
380                         if (zone) {
381                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
382                                 zone = NULL;
383                         }
384                         __pagevec_free(&pages_to_free);
385                         pagevec_reinit(&pages_to_free);
386                 }
387         }
388         if (zone)
389                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
390
391         pagevec_free(&pages_to_free);
392 }
393
394 /*
395  * The pages which we're about to release may be in the deferred lru-addition
396  * queues.  That would prevent them from really being freed right now.  That's
397  * OK from a correctness point of view but is inefficient - those pages may be
398  * cache-warm and we want to give them back to the page allocator ASAP.
399  *
400  * So __pagevec_release() will drain those queues here.  __pagevec_lru_add()
401  * and __pagevec_lru_add_active() call release_pages() directly to avoid
402  * mutual recursion.
403  */
404 void __pagevec_release(struct pagevec *pvec)
405 {
406         lru_add_drain();
407         release_pages(pvec->pages, pagevec_count(pvec), pvec->cold);
408         pagevec_reinit(pvec);
409 }
410
411 EXPORT_SYMBOL(__pagevec_release);
412
413 /*
414  * pagevec_release() for pages which are known to not be on the LRU
415  *
416  * This function reinitialises the caller's pagevec.
417  */
418 void __pagevec_release_nonlru(struct pagevec *pvec)
419 {
420         int i;
421         struct pagevec pages_to_free;
422
423         pagevec_init(&pages_to_free, pvec->cold);
424         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
425                 struct page *page = pvec->pages[i];
426
427                 VM_BUG_ON(PageLRU(page));
428                 if (put_page_testzero(page))
429                         pagevec_add(&pages_to_free, page);
430         }
431         pagevec_free(&pages_to_free);
432         pagevec_reinit(pvec);
433 }
434
435 /*
436  * Add the passed pages to the LRU, then drop the caller's refcount
437  * on them.  Reinitialises the caller's pagevec.
438  */
439 void ____pagevec_lru_add(struct pagevec *pvec, enum lru_list lru)
440 {
441         int i;
442         struct zone *zone = NULL;
443         VM_BUG_ON(is_unevictable_lru(lru));
444
445         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
446                 struct page *page = pvec->pages[i];
447                 struct zone *pagezone = page_zone(page);
448
449                 if (pagezone != zone) {
450                         if (zone)
451                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
452                         zone = pagezone;
453                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
454                 }
455                 VM_BUG_ON(PageActive(page));
456                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
457                 VM_BUG_ON(PageLRU(page));
458                 SetPageLRU(page);
459                 if (is_active_lru(lru))
460                         SetPageActive(page);
461                 add_page_to_lru_list(zone, page, lru);
462         }
463         if (zone)
464                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
465         release_pages(pvec->pages, pvec->nr, pvec->cold);
466         pagevec_reinit(pvec);
467 }
468
469 EXPORT_SYMBOL(____pagevec_lru_add);
470
471 /*
472  * Try to drop buffers from the pages in a pagevec
473  */
474 void pagevec_strip(struct pagevec *pvec)
475 {
476         int i;
477
478         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
479                 struct page *page = pvec->pages[i];
480
481                 if (PagePrivate(page) && trylock_page(page)) {
482                         if (PagePrivate(page))
483                                 try_to_release_page(page, 0);
484                         unlock_page(page);
485                 }
486         }
487 }
488
489 /**
490  * pagevec_swap_free - try to free swap space from the pages in a pagevec
491  * @pvec: pagevec with swapcache pages to free the swap space of
492  *
493  * The caller needs to hold an extra reference to each page and
494  * not hold the page lock on the pages.  This function uses a
495  * trylock on the page lock so it may not always free the swap
496  * space associated with a page.
497  */
498 void pagevec_swap_free(struct pagevec *pvec)
499 {
500         int i;
501
502         for (i = 0; i < pagevec_count(pvec); i++) {
503                 struct page *page = pvec->pages[i];
504
505                 if (PageSwapCache(page) && trylock_page(page)) {
506                         if (PageSwapCache(page))
507                                 remove_exclusive_swap_page_ref(page);
508                         unlock_page(page);
509                 }
510         }
511 }
512
513 /**
514  * pagevec_lookup - gang pagecache lookup
515  * @pvec:       Where the resulting pages are placed
516  * @mapping:    The address_space to search
517  * @start:      The starting page index
518  * @nr_pages:   The maximum number of pages
519  *
520  * pagevec_lookup() will search for and return a group of up to @nr_pages pages
521  * in the mapping.  The pages are placed in @pvec.  pagevec_lookup() takes a
522  * reference against the pages in @pvec.
523  *
524  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
525  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages.
526  *
527  * pagevec_lookup() returns the number of pages which were found.
528  */
529 unsigned pagevec_lookup(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
530                 pgoff_t start, unsigned nr_pages)
531 {
532         pvec->nr = find_get_pages(mapping, start, nr_pages, pvec->pages);
533         return pagevec_count(pvec);
534 }
535
536 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup);
537
538 unsigned pagevec_lookup_tag(struct pagevec *pvec, struct address_space *mapping,
539                 pgoff_t *index, int tag, unsigned nr_pages)
540 {
541         pvec->nr = find_get_pages_tag(mapping, index, tag,
542                                         nr_pages, pvec->pages);
543         return pagevec_count(pvec);
544 }
545
546 EXPORT_SYMBOL(pagevec_lookup_tag);
547
548 #ifdef CONFIG_SMP
549 /*
550  * We tolerate a little inaccuracy to avoid ping-ponging the counter between
551  * CPUs
552  */
553 #define ACCT_THRESHOLD  max(16, NR_CPUS * 2)
554
555 static DEFINE_PER_CPU(long, committed_space);
556
557 void vm_acct_memory(long pages)
558 {
559         long *local;
560
561         preempt_disable();
562         local = &__get_cpu_var(committed_space);
563         *local += pages;
564         if (*local > ACCT_THRESHOLD || *local < -ACCT_THRESHOLD) {
565                 atomic_long_add(*local, &vm_committed_space);
566                 *local = 0;
567         }
568         preempt_enable();
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
572
573 /* Drop the CPU's cached committed space back into the central pool. */
574 static int cpu_swap_callback(struct notifier_block *nfb,
575                              unsigned long action,
576                              void *hcpu)
577 {
578         long *committed;
579
580         committed = &per_cpu(committed_space, (long)hcpu);
581         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
582                 atomic_long_add(*committed, &vm_committed_space);
583                 *committed = 0;
584                 drain_cpu_pagevecs((long)hcpu);
585         }
586         return NOTIFY_OK;
587 }
588 #endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
589 #endif /* CONFIG_SMP */
590
591 /*
592  * Perform any setup for the swap system
593  */
594 void __init swap_setup(void)
595 {
596         unsigned long megs = num_physpages >> (20 - PAGE_SHIFT);
597
598 #ifdef CONFIG_SWAP
599         bdi_init(swapper_space.backing_dev_info);
600 #endif
601
602         /* Use a smaller cluster for small-memory machines */
603         if (megs < 16)
604                 page_cluster = 2;
605         else
606                 page_cluster = 3;
607         /*
608          * Right now other parts of the system means that we
609          * _really_ don't want to cluster much more
610          */
611 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
612         hotcpu_notifier(cpu_swap_callback, 0);
613 #endif
614 }