mm/memcontrol.c

   1 /* memcontrol.c - Memory Controller
   2  *
   3  * Copyright IBM Corporation, 2007
   4  * Author Balbir Singh <balbir@linux.vnet.ibm.com>
   5  *
   6  * Copyright 2007 OpenVZ SWsoft Inc
   7  * Author: Pavel Emelianov <xemul@openvz.org>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  */
  19
  20 #include <linux/res_counter.h>
  21 #include <linux/memcontrol.h>
  22 #include <linux/cgroup.h>
  23 #include <linux/mm.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/page-flags.h>
  26 #include <linux/backing-dev.h>
  27 #include <linux/bit_spinlock.h>
  28 #include <linux/rcupdate.h>
  29 #include <linux/slab.h>
  30 #include <linux/swap.h>
  31 #include <linux/spinlock.h>
  32 #include <linux/fs.h>
  33 #include <linux/seq_file.h>
  34 #include <linux/vmalloc.h>
  35 #include <linux/mm_inline.h>
  36
  37 #include <asm/uaccess.h>
  38
  39 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys __read_mostly;
  40 static struct kmem_cache *page_cgroup_cache __read_mostly;
  41 #define MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES      5
  42
  43 /*
  44  * Statistics for memory cgroup.
  45  */
  46 enum mem_cgroup_stat_index {
  47         /*
  48          * For MEM_CONTAINER_TYPE_ALL, usage = pagecache + rss.
  49          */
  50         MEM_CGROUP_STAT_CACHE,     /* # of pages charged as cache */
  51         MEM_CGROUP_STAT_RSS,       /* # of pages charged as rss */
  52         MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT,   /* # of pages paged in */
  53         MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT,  /* # of pages paged out */
  54
  55         MEM_CGROUP_STAT_NSTATS,
  56 };
  57
  58 struct mem_cgroup_stat_cpu {
  59         s64 count[MEM_CGROUP_STAT_NSTATS];
  60 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  61
  62 struct mem_cgroup_stat {
  63         struct mem_cgroup_stat_cpu cpustat[NR_CPUS];
  64 };
  65
  66 /*
  67  * For accounting under irq disable, no need for increment preempt count.
  68  */
  69 static void __mem_cgroup_stat_add_safe(struct mem_cgroup_stat *stat,
  70                 enum mem_cgroup_stat_index idx, int val)
  71 {
  72         int cpu = smp_processor_id();
  73         stat->cpustat[cpu].count[idx] += val;
  74 }
  75
  76 static s64 mem_cgroup_read_stat(struct mem_cgroup_stat *stat,
  77                 enum mem_cgroup_stat_index idx)
  78 {
  79         int cpu;
  80         s64 ret = 0;
  81         for_each_possible_cpu(cpu)
  82                 ret += stat->cpustat[cpu].count[idx];
  83         return ret;
  84 }
  85
  86 /*
  87  * per-zone information in memory controller.
  88  */
  89 struct mem_cgroup_per_zone {
  90         /*
  91          * spin_lock to protect the per cgroup LRU
  92          */
  93         spinlock_t              lru_lock;
  94         struct list_head        lists[NR_LRU_LISTS];
  95         unsigned long           count[NR_LRU_LISTS];
  96 };
  97 /* Macro for accessing counter */
  98 #define MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx)       ((mz)->count[(idx)])
  99
 100 struct mem_cgroup_per_node {
 101         struct mem_cgroup_per_zone zoneinfo[MAX_NR_ZONES];
 102 };
 103
 104 struct mem_cgroup_lru_info {
 105         struct mem_cgroup_per_node *nodeinfo[MAX_NUMNODES];
 106 };
 107
 108 /*
 109  * The memory controller data structure. The memory controller controls both
 110  * page cache and RSS per cgroup. We would eventually like to provide
 111  * statistics based on the statistics developed by Rik Van Riel for clock-pro,
 112  * to help the administrator determine what knobs to tune.
 113  *
 114  * TODO: Add a water mark for the memory controller. Reclaim will begin when
 115  * we hit the water mark. May be even add a low water mark, such that
 116  * no reclaim occurs from a cgroup at it's low water mark, this is
 117  * a feature that will be implemented much later in the future.
 118  */
 119 struct mem_cgroup {
 120         struct cgroup_subsys_state css;
 121         /*
 122          * the counter to account for memory usage
 123          */
 124         struct res_counter res;
 125         /*
 126          * Per cgroup active and inactive list, similar to the
 127          * per zone LRU lists.
 128          */
 129         struct mem_cgroup_lru_info info;
 130
 131         int     prev_priority;  /* for recording reclaim priority */
 132         /*
 133          * statistics.
 134          */
 135         struct mem_cgroup_stat stat;
 136 };
 137 static struct mem_cgroup init_mem_cgroup;
 138
 139 /*
 140  * We use the lower bit of the page->page_cgroup pointer as a bit spin
 141  * lock.  We need to ensure that page->page_cgroup is at least two
 142  * byte aligned (based on comments from Nick Piggin).  But since
 143  * bit_spin_lock doesn't actually set that lock bit in a non-debug
 144  * uniprocessor kernel, we should avoid setting it here too.
 145  */
 146 #define PAGE_CGROUP_LOCK_BIT    0x0
 147 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)
 148 #define PAGE_CGROUP_LOCK        (1 << PAGE_CGROUP_LOCK_BIT)
 149 #else
 150 #define PAGE_CGROUP_LOCK        0x0
 151 #endif
 152
 153 /*
 154  * A page_cgroup page is associated with every page descriptor. The
 155  * page_cgroup helps us identify information about the cgroup
 156  */
 157 struct page_cgroup {
 158         struct list_head lru;           /* per cgroup LRU list */
 159         struct page *page;
 160         struct mem_cgroup *mem_cgroup;
 161         int flags;
 162 };
 163 #define PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE  (0x1)   /* charged as cache */
 164 #define PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE (0x2)   /* page is active in this cgroup */
 165
 166 static int page_cgroup_nid(struct page_cgroup *pc)
 167 {
 168         return page_to_nid(pc->page);
 169 }
 170
 171 static enum zone_type page_cgroup_zid(struct page_cgroup *pc)
 172 {
 173         return page_zonenum(pc->page);
 174 }
 175
 176 enum charge_type {
 177         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE = 0,
 178         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED,
 179         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE,   /* used by force_empty */
 180 };
 181
 182 /*
 183  * Always modified under lru lock. Then, not necessary to preempt_disable()
 184  */
 185 static void mem_cgroup_charge_statistics(struct mem_cgroup *mem, int flags,
 186                                         bool charge)
 187 {
 188         int val = (charge)? 1 : -1;
 189         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem->stat;
 190
 191         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
 192         if (flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 193                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat, MEM_CGROUP_STAT_CACHE, val);
 194         else
 195                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS, val);
 196
 197         if (charge)
 198                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat,
 199                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT, 1);
 200         else
 201                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat,
 202                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT, 1);
 203 }
 204
 205 static struct mem_cgroup_per_zone *
 206 mem_cgroup_zoneinfo(struct mem_cgroup *mem, int nid, int zid)
 207 {
 208         return &mem->info.nodeinfo[nid]->zoneinfo[zid];
 209 }
 210
 211 static struct mem_cgroup_per_zone *
 212 page_cgroup_zoneinfo(struct page_cgroup *pc)
 213 {
 214         struct mem_cgroup *mem = pc->mem_cgroup;
 215         int nid = page_cgroup_nid(pc);
 216         int zid = page_cgroup_zid(pc);
 217
 218         return mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 219 }
 220
 221 static unsigned long mem_cgroup_get_all_zonestat(struct mem_cgroup *mem,
 222                                         enum lru_list idx)
 223 {
 224         int nid, zid;
 225         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 226         u64 total = 0;
 227
 228         for_each_online_node(nid)
 229                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 230                         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 231                         total += MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx);
 232                 }
 233         return total;
 234 }
 235
 236 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_cont(struct cgroup *cont)
 237 {
 238         return container_of(cgroup_subsys_state(cont,
 239                                 mem_cgroup_subsys_id), struct mem_cgroup,
 240                                 css);
 241 }
 242
 243 struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_task(struct task_struct *p)
 244 {
 245         /*
 246          * mm_update_next_owner() may clear mm->owner to NULL
 247          * if it races with swapoff, page migration, etc.
 248          * So this can be called with p == NULL.
 249          */
 250         if (unlikely(!p))
 251                 return NULL;
 252
 253         return container_of(task_subsys_state(p, mem_cgroup_subsys_id),
 254                                 struct mem_cgroup, css);
 255 }
 256
 257 static inline int page_cgroup_locked(struct page *page)
 258 {
 259         return bit_spin_is_locked(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 260 }
 261
 262 static void page_assign_page_cgroup(struct page *page, struct page_cgroup *pc)
 263 {
 264         VM_BUG_ON(!page_cgroup_locked(page));
 265         page->page_cgroup = ((unsigned long)pc | PAGE_CGROUP_LOCK);
 266 }
 267
 268 struct page_cgroup *page_get_page_cgroup(struct page *page)
 269 {
 270         return (struct page_cgroup *) (page->page_cgroup & ~PAGE_CGROUP_LOCK);
 271 }
 272
 273 static void lock_page_cgroup(struct page *page)
 274 {
 275         bit_spin_lock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 276 }
 277
 278 static int try_lock_page_cgroup(struct page *page)
 279 {
 280         return bit_spin_trylock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 281 }
 282
 283 static void unlock_page_cgroup(struct page *page)
 284 {
 285         bit_spin_unlock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 286 }
 287
 288 static void __mem_cgroup_remove_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 289                         struct page_cgroup *pc)
 290 {
 291         int from = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 292         int lru = !!from;
 293
 294         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) -= 1;
 295
 296         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, false);
 297         list_del(&pc->lru);
 298 }
 299
 300 static void __mem_cgroup_add_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 301                                 struct page_cgroup *pc)
 302 {
 303         int lru = LRU_INACTIVE;
 304
 305         if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE)
 306                 lru += LRU_ACTIVE;
 307
 308         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 309         list_add(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 310
 311         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, true);
 312 }
 313
 314 static void __mem_cgroup_move_lists(struct page_cgroup *pc, bool active)
 315 {
 316         struct mem_cgroup_per_zone *mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 317         int lru = LRU_INACTIVE;
 318
 319         if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE)
 320                 lru += LRU_ACTIVE;
 321
 322         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) -= 1;
 323
 324         if (active)
 325                 pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 326         else
 327                 pc->flags &= ~PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 328
 329         lru = !!active;
 330         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 331         list_move(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 332 }
 333
 334 int task_in_mem_cgroup(struct task_struct *task, const struct mem_cgroup *mem)
 335 {
 336         int ret;
 337
 338         task_lock(task);
 339         ret = task->mm && mm_match_cgroup(task->mm, mem);
 340         task_unlock(task);
 341         return ret;
 342 }
 343
 344 /*
 345  * This routine assumes that the appropriate zone's lru lock is already held
 346  */
 347 void mem_cgroup_move_lists(struct page *page, bool active)
 348 {
 349         struct page_cgroup *pc;
 350         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 351         unsigned long flags;
 352
 353         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 354                 return;
 355
 356         /*
 357          * We cannot lock_page_cgroup while holding zone's lru_lock,
 358          * because other holders of lock_page_cgroup can be interrupted
 359          * with an attempt to rotate_reclaimable_page.  But we cannot
 360          * safely get to page_cgroup without it, so just try_lock it:
 361          * mem_cgroup_isolate_pages allows for page left on wrong list.
 362          */
 363         if (!try_lock_page_cgroup(page))
 364                 return;
 365
 366         pc = page_get_page_cgroup(page);
 367         if (pc) {
 368                 mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 369                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 370                 __mem_cgroup_move_lists(pc, active);
 371                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 372         }
 373         unlock_page_cgroup(page);
 374 }
 375
 376 /*
 377  * Calculate mapped_ratio under memory controller. This will be used in
 378  * vmscan.c for deteremining we have to reclaim mapped pages.
 379  */
 380 int mem_cgroup_calc_mapped_ratio(struct mem_cgroup *mem)
 381 {
 382         long total, rss;
 383
 384         /*
 385          * usage is recorded in bytes. But, here, we assume the number of
 386          * physical pages can be represented by "long" on any arch.
 387          */
 388         total = (long) (mem->res.usage >> PAGE_SHIFT) + 1L;
 389         rss = (long)mem_cgroup_read_stat(&mem->stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS);
 390         return (int)((rss * 100L) / total);
 391 }
 392
 393 /*
 394  * This function is called from vmscan.c. In page reclaiming loop. balance
 395  * between active and inactive list is calculated. For memory controller
 396  * page reclaiming, we should use using mem_cgroup's imbalance rather than
 397  * zone's global lru imbalance.
 398  */
 399 long mem_cgroup_reclaim_imbalance(struct mem_cgroup *mem)
 400 {
 401         unsigned long active, inactive;
 402         /* active and inactive are the number of pages. 'long' is ok.*/
 403         active = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem, LRU_ACTIVE);
 404         inactive = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem, LRU_INACTIVE);
 405         return (long) (active / (inactive + 1));
 406 }
 407
 408 /*
 409  * prev_priority control...this will be used in memory reclaim path.
 410  */
 411 int mem_cgroup_get_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem)
 412 {
 413         return mem->prev_priority;
 414 }
 415
 416 void mem_cgroup_note_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 417 {
 418         if (priority < mem->prev_priority)
 419                 mem->prev_priority = priority;
 420 }
 421
 422 void mem_cgroup_record_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 423 {
 424         mem->prev_priority = priority;
 425 }
 426
 427 /*
 428  * Calculate # of pages to be scanned in this priority/zone.
 429  * See also vmscan.c
 430  *
 431  * priority starts from "DEF_PRIORITY" and decremented in each loop.
 432  * (see include/linux/mmzone.h)
 433  */
 434
 435 long mem_cgroup_calc_reclaim(struct mem_cgroup *mem, struct zone *zone,
 436                                         int priority, enum lru_list lru)
 437 {
 438         long nr_pages;
 439         int nid = zone->zone_pgdat->node_id;
 440         int zid = zone_idx(zone);
 441         struct mem_cgroup_per_zone *mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 442
 443         nr_pages = MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru);
 444
 445         return (nr_pages >> priority);
 446 }
 447
 448 unsigned long mem_cgroup_isolate_pages(unsigned long nr_to_scan,
 449                                         struct list_head *dst,
 450                                         unsigned long *scanned, int order,
 451                                         int mode, struct zone *z,
 452                                         struct mem_cgroup *mem_cont,
 453                                         int active)
 454 {
 455         unsigned long nr_taken = 0;
 456         struct page *page;
 457         unsigned long scan;
 458         LIST_HEAD(pc_list);
 459         struct list_head *src;
 460         struct page_cgroup *pc, *tmp;
 461         int nid = z->zone_pgdat->node_id;
 462         int zid = zone_idx(z);
 463         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 464         int lru = !!active;
 465
 466         BUG_ON(!mem_cont);
 467         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem_cont, nid, zid);
 468         src = &mz->lists[lru];
 469
 470         spin_lock(&mz->lru_lock);
 471         scan = 0;
 472         list_for_each_entry_safe_reverse(pc, tmp, src, lru) {
 473                 if (scan >= nr_to_scan)
 474                         break;
 475                 page = pc->page;
 476
 477                 if (unlikely(!PageLRU(page)))
 478                         continue;
 479
 480                 if (PageActive(page) && !active) {
 481                         __mem_cgroup_move_lists(pc, true);
 482                         continue;
 483                 }
 484                 if (!PageActive(page) && active) {
 485                         __mem_cgroup_move_lists(pc, false);
 486                         continue;
 487                 }
 488
 489                 scan++;
 490                 list_move(&pc->lru, &pc_list);
 491
 492                 if (__isolate_lru_page(page, mode) == 0) {
 493                         list_move(&page->lru, dst);
 494                         nr_taken++;
 495                 }
 496         }
 497
 498         list_splice(&pc_list, src);
 499         spin_unlock(&mz->lru_lock);
 500
 501         *scanned = scan;
 502         return nr_taken;
 503 }
 504
 505 /*
 506  * Charge the memory controller for page usage.
 507  * Return
 508  * 0 if the charge was successful
 509  * < 0 if the cgroup is over its limit
 510  */
 511 static int mem_cgroup_charge_common(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 512                                 gfp_t gfp_mask, enum charge_type ctype,
 513                                 struct mem_cgroup *memcg)
 514 {
 515         struct mem_cgroup *mem;
 516         struct page_cgroup *pc;
 517         unsigned long flags;
 518         unsigned long nr_retries = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 519         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 520
 521         pc = kmem_cache_alloc(page_cgroup_cache, gfp_mask);
 522         if (unlikely(pc == NULL))
 523                 goto err;
 524
 525         /*
 526          * We always charge the cgroup the mm_struct belongs to.
 527          * The mm_struct's mem_cgroup changes on task migration if the
 528          * thread group leader migrates. It's possible that mm is not
 529          * set, if so charge the init_mm (happens for pagecache usage).
 530          */
 531         if (likely(!memcg)) {
 532                 rcu_read_lock();
 533                 mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 534                 if (unlikely(!mem)) {
 535                         rcu_read_unlock();
 536                         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 537                         return 0;
 538                 }
 539                 /*
 540                  * For every charge from the cgroup, increment reference count
 541                  */
 542                 css_get(&mem->css);
 543                 rcu_read_unlock();
 544         } else {
 545                 mem = memcg;
 546                 css_get(&memcg->css);
 547         }
 548
 549         while (res_counter_charge(&mem->res, PAGE_SIZE)) {
 550                 if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
 551                         goto out;
 552
 553                 if (try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask))
 554                         continue;
 555
 556                 /*
 557                  * try_to_free_mem_cgroup_pages() might not give us a full
 558                  * picture of reclaim. Some pages are reclaimed and might be
 559                  * moved to swap cache or just unmapped from the cgroup.
 560                  * Check the limit again to see if the reclaim reduced the
 561                  * current usage of the cgroup before giving up
 562                  */
 563                 if (res_counter_check_under_limit(&mem->res))
 564                         continue;
 565
 566                 if (!nr_retries--) {
 567                         mem_cgroup_out_of_memory(mem, gfp_mask);
 568                         goto out;
 569                 }
 570         }
 571
 572         pc->mem_cgroup = mem;
 573         pc->page = page;
 574         /*
 575          * If a page is accounted as a page cache, insert to inactive list.
 576          * If anon, insert to active list.
 577          */
 578         if (ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE)
 579                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE;
 580         else
 581                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 582
 583         lock_page_cgroup(page);
 584         if (unlikely(page_get_page_cgroup(page))) {
 585                 unlock_page_cgroup(page);
 586                 res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 587                 css_put(&mem->css);
 588                 kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 589                 goto done;
 590         }
 591         page_assign_page_cgroup(page, pc);
 592
 593         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 594         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 595         __mem_cgroup_add_list(mz, pc);
 596         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 597
 598         unlock_page_cgroup(page);
 599 done:
 600         return 0;
 601 out:
 602         css_put(&mem->css);
 603         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 604 err:
 605         return -ENOMEM;
 606 }
 607
 608 int mem_cgroup_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 609 {
 610         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 611                 return 0;
 612
 613         /*
 614          * If already mapped, we don't have to account.
 615          * If page cache, page->mapping has address_space.
 616          * But page->mapping may have out-of-use anon_vma pointer,
 617          * detecit it by PageAnon() check. newly-mapped-anon's page->mapping
 618          * is NULL.
 619          */
 620         if (page_mapped(page) || (page->mapping && !PageAnon(page)))
 621                 return 0;
 622         if (unlikely(!mm))
 623                 mm = &init_mm;
 624         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 625                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED, NULL);
 626 }
 627
 628 int mem_cgroup_cache_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 629                                 gfp_t gfp_mask)
 630 {
 631         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 632                 return 0;
 633
 634         /*
 635          * Corner case handling. This is called from add_to_page_cache()
 636          * in usual. But some FS (shmem) precharges this page before calling it
 637          * and call add_to_page_cache() with GFP_NOWAIT.
 638          *
 639          * For GFP_NOWAIT case, the page may be pre-charged before calling
 640          * add_to_page_cache(). (See shmem.c) check it here and avoid to call
 641          * charge twice. (It works but has to pay a bit larger cost.)
 642          */
 643         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 644                 struct page_cgroup *pc;
 645
 646                 lock_page_cgroup(page);
 647                 pc = page_get_page_cgroup(page);
 648                 if (pc) {
 649                         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 650                         VM_BUG_ON(!pc->mem_cgroup);
 651                         unlock_page_cgroup(page);
 652                         return 0;
 653                 }
 654                 unlock_page_cgroup(page);
 655         }
 656
 657         if (unlikely(!mm))
 658                 mm = &init_mm;
 659
 660         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 661                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE, NULL);
 662 }
 663
 664 /*
 665  * uncharge if !page_mapped(page)
 666  */
 667 static void
 668 __mem_cgroup_uncharge_common(struct page *page, enum charge_type ctype)
 669 {
 670         struct page_cgroup *pc;
 671         struct mem_cgroup *mem;
 672         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 673         unsigned long flags;
 674
 675         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 676                 return;
 677
 678         /*
 679          * Check if our page_cgroup is valid
 680          */
 681         lock_page_cgroup(page);
 682         pc = page_get_page_cgroup(page);
 683         if (unlikely(!pc))
 684                 goto unlock;
 685
 686         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 687
 688         if ((ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED)
 689             && ((pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 690                 || page_mapped(page)))
 691                 goto unlock;
 692
 693         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 694         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 695         __mem_cgroup_remove_list(mz, pc);
 696         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 697
 698         page_assign_page_cgroup(page, NULL);
 699         unlock_page_cgroup(page);
 700
 701         mem = pc->mem_cgroup;
 702         res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 703         css_put(&mem->css);
 704
 705         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 706         return;
 707 unlock:
 708         unlock_page_cgroup(page);
 709 }
 710
 711 void mem_cgroup_uncharge_page(struct page *page)
 712 {
 713         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED);
 714 }
 715
 716 void mem_cgroup_uncharge_cache_page(struct page *page)
 717 {
 718         VM_BUG_ON(page_mapped(page));
 719         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE);
 720 }
 721
 722 /*
 723  * Before starting migration, account against new page.
 724  */
 725 int mem_cgroup_prepare_migration(struct page *page, struct page *newpage)
 726 {
 727         struct page_cgroup *pc;
 728         struct mem_cgroup *mem = NULL;
 729         enum charge_type ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED;
 730         int ret = 0;
 731
 732         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 733                 return 0;
 734
 735         lock_page_cgroup(page);
 736         pc = page_get_page_cgroup(page);
 737         if (pc) {
 738                 mem = pc->mem_cgroup;
 739                 css_get(&mem->css);
 740                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 741                         ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE;
 742         }
 743         unlock_page_cgroup(page);
 744         if (mem) {
 745                 ret = mem_cgroup_charge_common(newpage, NULL, GFP_KERNEL,
 746                         ctype, mem);
 747                 css_put(&mem->css);
 748         }
 749         return ret;
 750 }
 751
 752 /* remove redundant charge if migration failed*/
 753 void mem_cgroup_end_migration(struct page *newpage)
 754 {
 755         /*
 756          * At success, page->mapping is not NULL.
 757          * special rollback care is necessary when
 758          * 1. at migration failure. (newpage->mapping is cleared in this case)
 759          * 2. the newpage was moved but not remapped again because the task
 760          *    exits and the newpage is obsolete. In this case, the new page
 761          *    may be a swapcache. So, we just call mem_cgroup_uncharge_page()
 762          *    always for avoiding mess. The  page_cgroup will be removed if
 763          *    unnecessary. File cache pages is still on radix-tree. Don't
 764          *    care it.
 765          */
 766         if (!newpage->mapping)
 767                 __mem_cgroup_uncharge_common(newpage,
 768                                          MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 769         else if (PageAnon(newpage))
 770                 mem_cgroup_uncharge_page(newpage);
 771 }
 772
 773 /*
 774  * A call to try to shrink memory usage under specified resource controller.
 775  * This is typically used for page reclaiming for shmem for reducing side
 776  * effect of page allocation from shmem, which is used by some mem_cgroup.
 777  */
 778 int mem_cgroup_shrink_usage(struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 779 {
 780         struct mem_cgroup *mem;
 781         int progress = 0;
 782         int retry = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 783
 784         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 785                 return 0;
 786         if (!mm)
 787                 return 0;
 788
 789         rcu_read_lock();
 790         mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 791         if (unlikely(!mem)) {
 792                 rcu_read_unlock();
 793                 return 0;
 794         }
 795         css_get(&mem->css);
 796         rcu_read_unlock();
 797
 798         do {
 799                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask);
 800                 progress += res_counter_check_under_limit(&mem->res);
 801         } while (!progress && --retry);
 802
 803         css_put(&mem->css);
 804         if (!retry)
 805                 return -ENOMEM;
 806         return 0;
 807 }
 808
 809 int mem_cgroup_resize_limit(struct mem_cgroup *memcg, unsigned long long val)
 810 {
 811
 812         int retry_count = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 813         int progress;
 814         int ret = 0;
 815
 816         while (res_counter_set_limit(&memcg->res, val)) {
 817                 if (signal_pending(current)) {
 818                         ret = -EINTR;
 819                         break;
 820                 }
 821                 if (!retry_count) {
 822                         ret = -EBUSY;
 823                         break;
 824                 }
 825                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(memcg, GFP_KERNEL);
 826                 if (!progress)
 827                         retry_count--;
 828         }
 829         return ret;
 830 }
 831
 832
 833 /*
 834  * This routine traverse page_cgroup in given list and drop them all.
 835  * *And* this routine doesn't reclaim page itself, just removes page_cgroup.
 836  */
 837 #define FORCE_UNCHARGE_BATCH    (128)
 838 static void mem_cgroup_force_empty_list(struct mem_cgroup *mem,
 839                             struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 840                             enum lru_list lru)
 841 {
 842         struct page_cgroup *pc;
 843         struct page *page;
 844         int count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 845         unsigned long flags;
 846         struct list_head *list;
 847
 848         list = &mz->lists[lru];
 849
 850         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 851         while (!list_empty(list)) {
 852                 pc = list_entry(list->prev, struct page_cgroup, lru);
 853                 page = pc->page;
 854                 get_page(page);
 855                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 856                 /*
 857                  * Check if this page is on LRU. !LRU page can be found
 858                  * if it's under page migration.
 859                  */
 860                 if (PageLRU(page)) {
 861                         __mem_cgroup_uncharge_common(page,
 862                                         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 863                         put_page(page);
 864                         if (--count <= 0) {
 865                                 count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 866                                 cond_resched();
 867                         }
 868                 } else
 869                         cond_resched();
 870                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 871         }
 872         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 873 }
 874
 875 /*
 876  * make mem_cgroup's charge to be 0 if there is no task.
 877  * This enables deleting this mem_cgroup.
 878  */
 879 static int mem_cgroup_force_empty(struct mem_cgroup *mem)
 880 {
 881         int ret = -EBUSY;
 882         int node, zid;
 883
 884         css_get(&mem->css);
 885         /*
 886          * page reclaim code (kswapd etc..) will move pages between
 887          * active_list <-> inactive_list while we don't take a lock.
 888          * So, we have to do loop here until all lists are empty.
 889          */
 890         while (mem->res.usage > 0) {
 891                 if (atomic_read(&mem->css.cgroup->count) > 0)
 892                         goto out;
 893                 for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
 894                         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 895                                 struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 896                                 enum lru_list l;
 897                                 mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, node, zid);
 898                                 for_each_lru(l)
 899                                         mem_cgroup_force_empty_list(mem, mz, l);
 900                         }
 901         }
 902         ret = 0;
 903 out:
 904         css_put(&mem->css);
 905         return ret;
 906 }
 907
 908 static u64 mem_cgroup_read(struct cgroup *cont, struct cftype *cft)
 909 {
 910         return res_counter_read_u64(&mem_cgroup_from_cont(cont)->res,
 911                                     cft->private);
 912 }
 913 /*
 914  * The user of this function is...
 915  * RES_LIMIT.
 916  */
 917 static int mem_cgroup_write(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 918                             const char *buffer)
 919 {
 920         struct mem_cgroup *memcg = mem_cgroup_from_cont(cont);
 921         unsigned long long val;
 922         int ret;
 923
 924         switch (cft->private) {
 925         case RES_LIMIT:
 926                 /* This function does all necessary parse...reuse it */
 927                 ret = res_counter_memparse_write_strategy(buffer, &val);
 928                 if (!ret)
 929                         ret = mem_cgroup_resize_limit(memcg, val);
 930                 break;
 931         default:
 932                 ret = -EINVAL; /* should be BUG() ? */
 933                 break;
 934         }
 935         return ret;
 936 }
 937
 938 static int mem_cgroup_reset(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 939 {
 940         struct mem_cgroup *mem;
 941
 942         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
 943         switch (event) {
 944         case RES_MAX_USAGE:
 945                 res_counter_reset_max(&mem->res);
 946                 break;
 947         case RES_FAILCNT:
 948                 res_counter_reset_failcnt(&mem->res);
 949                 break;
 950         }
 951         return 0;
 952 }
 953
 954 static int mem_force_empty_write(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 955 {
 956         return mem_cgroup_force_empty(mem_cgroup_from_cont(cont));
 957 }
 958
 959 static const struct mem_cgroup_stat_desc {
 960         const char *msg;
 961         u64 unit;
 962 } mem_cgroup_stat_desc[] = {
 963         [MEM_CGROUP_STAT_CACHE] = { "cache", PAGE_SIZE, },
 964         [MEM_CGROUP_STAT_RSS] = { "rss", PAGE_SIZE, },
 965         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT] = {"pgpgin", 1, },
 966         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT] = {"pgpgout", 1, },
 967 };
 968
 969 static int mem_control_stat_show(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 970                                  struct cgroup_map_cb *cb)
 971 {
 972         struct mem_cgroup *mem_cont = mem_cgroup_from_cont(cont);
 973         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem_cont->stat;
 974         int i;
 975
 976         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(stat->cpustat[0].count); i++) {
 977                 s64 val;
 978
 979                 val = mem_cgroup_read_stat(stat, i);
 980                 val *= mem_cgroup_stat_desc[i].unit;
 981                 cb->fill(cb, mem_cgroup_stat_desc[i].msg, val);
 982         }
 983         /* showing # of active pages */
 984         {
 985                 unsigned long active, inactive;
 986
 987                 inactive = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 988                                                 LRU_INACTIVE);
 989                 active = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 990                                                 LRU_ACTIVE);
 991                 cb->fill(cb, "active", (active) * PAGE_SIZE);
 992                 cb->fill(cb, "inactive", (inactive) * PAGE_SIZE);
 993         }
 994         return 0;
 995 }
 996
 997 static struct cftype mem_cgroup_files[] = {
 998         {
 999                 .name = "usage_in_bytes",
1000                 .private = RES_USAGE,
1001                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1002         },
1003         {
1004                 .name = "max_usage_in_bytes",
1005                 .private = RES_MAX_USAGE,
1006                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1007                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1008         },
1009         {
1010                 .name = "limit_in_bytes",
1011                 .private = RES_LIMIT,
1012                 .write_string = mem_cgroup_write,
1013                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1014         },
1015         {
1016                 .name = "failcnt",
1017                 .private = RES_FAILCNT,
1018                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1019                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1020         },
1021         {
1022                 .name = "force_empty",
1023                 .trigger = mem_force_empty_write,
1024         },
1025         {
1026                 .name = "stat",
1027                 .read_map = mem_control_stat_show,
1028         },
1029 };
1030
1031 static int alloc_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1032 {
1033         struct mem_cgroup_per_node *pn;
1034         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
1035         enum lru_list l;
1036         int zone, tmp = node;
1037         /*
1038          * This routine is called against possible nodes.
1039          * But it's BUG to call kmalloc() against offline node.
1040          *
1041          * TODO: this routine can waste much memory for nodes which will
1042          *       never be onlined. It's better to use memory hotplug callback
1043          *       function.
1044          */
1045         if (!node_state(node, N_NORMAL_MEMORY))
1046                 tmp = -1;
1047         pn = kmalloc_node(sizeof(*pn), GFP_KERNEL, tmp);
1048         if (!pn)
1049                 return 1;
1050
1051         mem->info.nodeinfo[node] = pn;
1052         memset(pn, 0, sizeof(*pn));
1053
1054         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
1055                 mz = &pn->zoneinfo[zone];
1056                 spin_lock_init(&mz->lru_lock);
1057                 for_each_lru(l)
1058                         INIT_LIST_HEAD(&mz->lists[l]);
1059         }
1060         return 0;
1061 }
1062
1063 static void free_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1064 {
1065         kfree(mem->info.nodeinfo[node]);
1066 }
1067
1068 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_alloc(void)
1069 {
1070         struct mem_cgroup *mem;
1071
1072         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1073                 mem = kmalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1074         else
1075                 mem = vmalloc(sizeof(*mem));
1076
1077         if (mem)
1078                 memset(mem, 0, sizeof(*mem));
1079         return mem;
1080 }
1081
1082 static void mem_cgroup_free(struct mem_cgroup *mem)
1083 {
1084         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1085                 kfree(mem);
1086         else
1087                 vfree(mem);
1088 }
1089
1090
1091 static struct cgroup_subsys_state *
1092 mem_cgroup_create(struct cgroup_subsys *ss, struct cgroup *cont)
1093 {
1094         struct mem_cgroup *mem;
1095         int node;
1096
1097         if (unlikely((cont->parent) == NULL)) {
1098                 mem = &init_mem_cgroup;
1099                 page_cgroup_cache = KMEM_CACHE(page_cgroup, SLAB_PANIC);
1100         } else {
1101                 mem = mem_cgroup_alloc();
1102                 if (!mem)
1103                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1104         }
1105
1106         res_counter_init(&mem->res);
1107
1108         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1109                 if (alloc_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node))
1110                         goto free_out;
1111
1112         return &mem->css;
1113 free_out:
1114         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1115                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1116         if (cont->parent != NULL)
1117                 mem_cgroup_free(mem);
1118         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1119 }
1120
1121 static void mem_cgroup_pre_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1122                                         struct cgroup *cont)
1123 {
1124         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1125         mem_cgroup_force_empty(mem);
1126 }
1127
1128 static void mem_cgroup_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1129                                 struct cgroup *cont)
1130 {
1131         int node;
1132         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1133
1134         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1135                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1136
1137         mem_cgroup_free(mem_cgroup_from_cont(cont));
1138 }
1139
1140 static int mem_cgroup_populate(struct cgroup_subsys *ss,
1141                                 struct cgroup *cont)
1142 {
1143         return cgroup_add_files(cont, ss, mem_cgroup_files,
1144                                         ARRAY_SIZE(mem_cgroup_files));
1145 }
1146
1147 static void mem_cgroup_move_task(struct cgroup_subsys *ss,
1148                                 struct cgroup *cont,
1149                                 struct cgroup *old_cont,
1150                                 struct task_struct *p)
1151 {
1152         struct mm_struct *mm;
1153         struct mem_cgroup *mem, *old_mem;
1154
1155         mm = get_task_mm(p);
1156         if (mm == NULL)
1157                 return;
1158
1159         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1160         old_mem = mem_cgroup_from_cont(old_cont);
1161
1162         /*
1163          * Only thread group leaders are allowed to migrate, the mm_struct is
1164          * in effect owned by the leader
1165          */
1166         if (!thread_group_leader(p))
1167                 goto out;
1168
1169 out:
1170         mmput(mm);
1171 }
1172
1173 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys = {
1174         .name = "memory",
1175         .subsys_id = mem_cgroup_subsys_id,
1176         .create = mem_cgroup_create,
1177         .pre_destroy = mem_cgroup_pre_destroy,
1178         .destroy = mem_cgroup_destroy,
1179         .populate = mem_cgroup_populate,
1180         .attach = mem_cgroup_move_task,
1181         .early_init = 0,
1182 };