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 inline void __mem_cgroup_stat_add_safe(struct mem_cgroup_stat_cpu *stat,
  70                 enum mem_cgroup_stat_index idx, int val)
  71 {
  72         stat->count[idx] += val;
  73 }
  74
  75 static s64 mem_cgroup_read_stat(struct mem_cgroup_stat *stat,
  76                 enum mem_cgroup_stat_index idx)
  77 {
  78         int cpu;
  79         s64 ret = 0;
  80         for_each_possible_cpu(cpu)
  81                 ret += stat->cpustat[cpu].count[idx];
  82         return ret;
  83 }
  84
  85 /*
  86  * per-zone information in memory controller.
  87  */
  88 struct mem_cgroup_per_zone {
  89         /*
  90          * spin_lock to protect the per cgroup LRU
  91          */
  92         spinlock_t              lru_lock;
  93         struct list_head        lists[NR_LRU_LISTS];
  94         unsigned long           count[NR_LRU_LISTS];
  95 };
  96 /* Macro for accessing counter */
  97 #define MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx)       ((mz)->count[(idx)])
  98
  99 struct mem_cgroup_per_node {
 100         struct mem_cgroup_per_zone zoneinfo[MAX_NR_ZONES];
 101 };
 102
 103 struct mem_cgroup_lru_info {
 104         struct mem_cgroup_per_node *nodeinfo[MAX_NUMNODES];
 105 };
 106
 107 /*
 108  * The memory controller data structure. The memory controller controls both
 109  * page cache and RSS per cgroup. We would eventually like to provide
 110  * statistics based on the statistics developed by Rik Van Riel for clock-pro,
 111  * to help the administrator determine what knobs to tune.
 112  *
 113  * TODO: Add a water mark for the memory controller. Reclaim will begin when
 114  * we hit the water mark. May be even add a low water mark, such that
 115  * no reclaim occurs from a cgroup at it's low water mark, this is
 116  * a feature that will be implemented much later in the future.
 117  */
 118 struct mem_cgroup {
 119         struct cgroup_subsys_state css;
 120         /*
 121          * the counter to account for memory usage
 122          */
 123         struct res_counter res;
 124         /*
 125          * Per cgroup active and inactive list, similar to the
 126          * per zone LRU lists.
 127          */
 128         struct mem_cgroup_lru_info info;
 129
 130         int     prev_priority;  /* for recording reclaim priority */
 131         /*
 132          * statistics.
 133          */
 134         struct mem_cgroup_stat stat;
 135 };
 136 static struct mem_cgroup init_mem_cgroup;
 137
 138 /*
 139  * We use the lower bit of the page->page_cgroup pointer as a bit spin
 140  * lock.  We need to ensure that page->page_cgroup is at least two
 141  * byte aligned (based on comments from Nick Piggin).  But since
 142  * bit_spin_lock doesn't actually set that lock bit in a non-debug
 143  * uniprocessor kernel, we should avoid setting it here too.
 144  */
 145 #define PAGE_CGROUP_LOCK_BIT    0x0
 146 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)
 147 #define PAGE_CGROUP_LOCK        (1 << PAGE_CGROUP_LOCK_BIT)
 148 #else
 149 #define PAGE_CGROUP_LOCK        0x0
 150 #endif
 151
 152 /*
 153  * A page_cgroup page is associated with every page descriptor. The
 154  * page_cgroup helps us identify information about the cgroup
 155  */
 156 struct page_cgroup {
 157         struct list_head lru;           /* per cgroup LRU list */
 158         struct page *page;
 159         struct mem_cgroup *mem_cgroup;
 160         int flags;
 161 };
 162 #define PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE     (0x1)        /* charged as cache */
 163 #define PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE    (0x2)        /* page is active in this cgroup */
 164 #define PAGE_CGROUP_FLAG_FILE      (0x4)        /* page is file system backed */
 165 #define PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE (0x8)      /* page is unevictableable */
 166
 167 static int page_cgroup_nid(struct page_cgroup *pc)
 168 {
 169         return page_to_nid(pc->page);
 170 }
 171
 172 static enum zone_type page_cgroup_zid(struct page_cgroup *pc)
 173 {
 174         return page_zonenum(pc->page);
 175 }
 176
 177 enum charge_type {
 178         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE = 0,
 179         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED,
 180         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE,   /* used by force_empty */
 181         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM,   /* used by page migration of shmem */
 182 };
 183
 184 /*
 185  * Always modified under lru lock. Then, not necessary to preempt_disable()
 186  */
 187 static void mem_cgroup_charge_statistics(struct mem_cgroup *mem, int flags,
 188                                         bool charge)
 189 {
 190         int val = (charge)? 1 : -1;
 191         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem->stat;
 192         struct mem_cgroup_stat_cpu *cpustat;
 193
 194         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
 195
 196         cpustat = &stat->cpustat[smp_processor_id()];
 197         if (flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 198                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat, MEM_CGROUP_STAT_CACHE, val);
 199         else
 200                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat, MEM_CGROUP_STAT_RSS, val);
 201
 202         if (charge)
 203                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat,
 204                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT, 1);
 205         else
 206                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat,
 207                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT, 1);
 208 }
 209
 210 static struct mem_cgroup_per_zone *
 211 mem_cgroup_zoneinfo(struct mem_cgroup *mem, int nid, int zid)
 212 {
 213         return &mem->info.nodeinfo[nid]->zoneinfo[zid];
 214 }
 215
 216 static struct mem_cgroup_per_zone *
 217 page_cgroup_zoneinfo(struct page_cgroup *pc)
 218 {
 219         struct mem_cgroup *mem = pc->mem_cgroup;
 220         int nid = page_cgroup_nid(pc);
 221         int zid = page_cgroup_zid(pc);
 222
 223         return mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 224 }
 225
 226 static unsigned long mem_cgroup_get_all_zonestat(struct mem_cgroup *mem,
 227                                         enum lru_list idx)
 228 {
 229         int nid, zid;
 230         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 231         u64 total = 0;
 232
 233         for_each_online_node(nid)
 234                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 235                         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 236                         total += MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx);
 237                 }
 238         return total;
 239 }
 240
 241 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_cont(struct cgroup *cont)
 242 {
 243         return container_of(cgroup_subsys_state(cont,
 244                                 mem_cgroup_subsys_id), struct mem_cgroup,
 245                                 css);
 246 }
 247
 248 struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_task(struct task_struct *p)
 249 {
 250         /*
 251          * mm_update_next_owner() may clear mm->owner to NULL
 252          * if it races with swapoff, page migration, etc.
 253          * So this can be called with p == NULL.
 254          */
 255         if (unlikely(!p))
 256                 return NULL;
 257
 258         return container_of(task_subsys_state(p, mem_cgroup_subsys_id),
 259                                 struct mem_cgroup, css);
 260 }
 261
 262 static inline int page_cgroup_locked(struct page *page)
 263 {
 264         return bit_spin_is_locked(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 265 }
 266
 267 static void page_assign_page_cgroup(struct page *page, struct page_cgroup *pc)
 268 {
 269         VM_BUG_ON(!page_cgroup_locked(page));
 270         page->page_cgroup = ((unsigned long)pc | PAGE_CGROUP_LOCK);
 271 }
 272
 273 struct page_cgroup *page_get_page_cgroup(struct page *page)
 274 {
 275         return (struct page_cgroup *) (page->page_cgroup & ~PAGE_CGROUP_LOCK);
 276 }
 277
 278 static void lock_page_cgroup(struct page *page)
 279 {
 280         bit_spin_lock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 281 }
 282
 283 static int try_lock_page_cgroup(struct page *page)
 284 {
 285         return bit_spin_trylock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 286 }
 287
 288 static void unlock_page_cgroup(struct page *page)
 289 {
 290         bit_spin_unlock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 291 }
 292
 293 static void __mem_cgroup_remove_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 294                         struct page_cgroup *pc)
 295 {
 296         int lru = LRU_BASE;
 297
 298         if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE)
 299                 lru = LRU_UNEVICTABLE;
 300         else {
 301                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE)
 302                         lru += LRU_ACTIVE;
 303                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_FILE)
 304                         lru += LRU_FILE;
 305         }
 306
 307         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) -= 1;
 308
 309         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, false);
 310         list_del(&pc->lru);
 311 }
 312
 313 static void __mem_cgroup_add_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 314                                 struct page_cgroup *pc)
 315 {
 316         int lru = LRU_BASE;
 317
 318         if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE)
 319                 lru = LRU_UNEVICTABLE;
 320         else {
 321                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE)
 322                         lru += LRU_ACTIVE;
 323                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_FILE)
 324                         lru += LRU_FILE;
 325         }
 326
 327         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 328         list_add(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 329
 330         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, true);
 331 }
 332
 333 static void __mem_cgroup_move_lists(struct page_cgroup *pc, enum lru_list lru)
 334 {
 335         struct mem_cgroup_per_zone *mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 336         int active    = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 337         int file      = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_FILE;
 338         int unevictable = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE;
 339         enum lru_list from = unevictable ? LRU_UNEVICTABLE :
 340                                 (LRU_FILE * !!file + !!active);
 341
 342         if (lru == from)
 343                 return;
 344
 345         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, from) -= 1;
 346
 347         if (is_unevictable_lru(lru)) {
 348                 pc->flags &= ~PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 349                 pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE;
 350         } else {
 351                 if (is_active_lru(lru))
 352                         pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 353                 else
 354                         pc->flags &= ~PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 355                 pc->flags &= ~PAGE_CGROUP_FLAG_UNEVICTABLE;
 356         }
 357
 358         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 359         list_move(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 360 }
 361
 362 int task_in_mem_cgroup(struct task_struct *task, const struct mem_cgroup *mem)
 363 {
 364         int ret;
 365
 366         task_lock(task);
 367         ret = task->mm && mm_match_cgroup(task->mm, mem);
 368         task_unlock(task);
 369         return ret;
 370 }
 371
 372 /*
 373  * This routine assumes that the appropriate zone's lru lock is already held
 374  */
 375 void mem_cgroup_move_lists(struct page *page, enum lru_list lru)
 376 {
 377         struct page_cgroup *pc;
 378         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 379         unsigned long flags;
 380
 381         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 382                 return;
 383
 384         /*
 385          * We cannot lock_page_cgroup while holding zone's lru_lock,
 386          * because other holders of lock_page_cgroup can be interrupted
 387          * with an attempt to rotate_reclaimable_page.  But we cannot
 388          * safely get to page_cgroup without it, so just try_lock it:
 389          * mem_cgroup_isolate_pages allows for page left on wrong list.
 390          */
 391         if (!try_lock_page_cgroup(page))
 392                 return;
 393
 394         pc = page_get_page_cgroup(page);
 395         if (pc) {
 396                 mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 397                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 398                 __mem_cgroup_move_lists(pc, lru);
 399                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 400         }
 401         unlock_page_cgroup(page);
 402 }
 403
 404 /*
 405  * Calculate mapped_ratio under memory controller. This will be used in
 406  * vmscan.c for deteremining we have to reclaim mapped pages.
 407  */
 408 int mem_cgroup_calc_mapped_ratio(struct mem_cgroup *mem)
 409 {
 410         long total, rss;
 411
 412         /*
 413          * usage is recorded in bytes. But, here, we assume the number of
 414          * physical pages can be represented by "long" on any arch.
 415          */
 416         total = (long) (mem->res.usage >> PAGE_SHIFT) + 1L;
 417         rss = (long)mem_cgroup_read_stat(&mem->stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS);
 418         return (int)((rss * 100L) / total);
 419 }
 420
 421 /*
 422  * prev_priority control...this will be used in memory reclaim path.
 423  */
 424 int mem_cgroup_get_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem)
 425 {
 426         return mem->prev_priority;
 427 }
 428
 429 void mem_cgroup_note_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 430 {
 431         if (priority < mem->prev_priority)
 432                 mem->prev_priority = priority;
 433 }
 434
 435 void mem_cgroup_record_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 436 {
 437         mem->prev_priority = priority;
 438 }
 439
 440 /*
 441  * Calculate # of pages to be scanned in this priority/zone.
 442  * See also vmscan.c
 443  *
 444  * priority starts from "DEF_PRIORITY" and decremented in each loop.
 445  * (see include/linux/mmzone.h)
 446  */
 447
 448 long mem_cgroup_calc_reclaim(struct mem_cgroup *mem, struct zone *zone,
 449                                         int priority, enum lru_list lru)
 450 {
 451         long nr_pages;
 452         int nid = zone->zone_pgdat->node_id;
 453         int zid = zone_idx(zone);
 454         struct mem_cgroup_per_zone *mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 455
 456         nr_pages = MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru);
 457
 458         return (nr_pages >> priority);
 459 }
 460
 461 unsigned long mem_cgroup_isolate_pages(unsigned long nr_to_scan,
 462                                         struct list_head *dst,
 463                                         unsigned long *scanned, int order,
 464                                         int mode, struct zone *z,
 465                                         struct mem_cgroup *mem_cont,
 466                                         int active, int file)
 467 {
 468         unsigned long nr_taken = 0;
 469         struct page *page;
 470         unsigned long scan;
 471         LIST_HEAD(pc_list);
 472         struct list_head *src;
 473         struct page_cgroup *pc, *tmp;
 474         int nid = z->zone_pgdat->node_id;
 475         int zid = zone_idx(z);
 476         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 477         int lru = LRU_FILE * !!file + !!active;
 478
 479         BUG_ON(!mem_cont);
 480         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem_cont, nid, zid);
 481         src = &mz->lists[lru];
 482
 483         spin_lock(&mz->lru_lock);
 484         scan = 0;
 485         list_for_each_entry_safe_reverse(pc, tmp, src, lru) {
 486                 if (scan >= nr_to_scan)
 487                         break;
 488                 page = pc->page;
 489
 490                 if (unlikely(!PageLRU(page)))
 491                         continue;
 492
 493                 /*
 494                  * TODO: play better with lumpy reclaim, grabbing anything.
 495                  */
 496                 if (PageUnevictable(page) ||
 497                     (PageActive(page) && !active) ||
 498                     (!PageActive(page) && active)) {
 499                         __mem_cgroup_move_lists(pc, page_lru(page));
 500                         continue;
 501                 }
 502
 503                 scan++;
 504                 list_move(&pc->lru, &pc_list);
 505
 506                 if (__isolate_lru_page(page, mode, file) == 0) {
 507                         list_move(&page->lru, dst);
 508                         nr_taken++;
 509                 }
 510         }
 511
 512         list_splice(&pc_list, src);
 513         spin_unlock(&mz->lru_lock);
 514
 515         *scanned = scan;
 516         return nr_taken;
 517 }
 518
 519 /*
 520  * Charge the memory controller for page usage.
 521  * Return
 522  * 0 if the charge was successful
 523  * < 0 if the cgroup is over its limit
 524  */
 525 static int mem_cgroup_charge_common(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 526                                 gfp_t gfp_mask, enum charge_type ctype,
 527                                 struct mem_cgroup *memcg)
 528 {
 529         struct mem_cgroup *mem;
 530         struct page_cgroup *pc;
 531         unsigned long flags;
 532         unsigned long nr_retries = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 533         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 534
 535         pc = kmem_cache_alloc(page_cgroup_cache, gfp_mask);
 536         if (unlikely(pc == NULL))
 537                 goto err;
 538
 539         /*
 540          * We always charge the cgroup the mm_struct belongs to.
 541          * The mm_struct's mem_cgroup changes on task migration if the
 542          * thread group leader migrates. It's possible that mm is not
 543          * set, if so charge the init_mm (happens for pagecache usage).
 544          */
 545         if (likely(!memcg)) {
 546                 rcu_read_lock();
 547                 mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 548                 if (unlikely(!mem)) {
 549                         rcu_read_unlock();
 550                         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 551                         return 0;
 552                 }
 553                 /*
 554                  * For every charge from the cgroup, increment reference count
 555                  */
 556                 css_get(&mem->css);
 557                 rcu_read_unlock();
 558         } else {
 559                 mem = memcg;
 560                 css_get(&memcg->css);
 561         }
 562
 563         while (unlikely(res_counter_charge(&mem->res, PAGE_SIZE))) {
 564                 if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
 565                         goto out;
 566
 567                 if (try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask))
 568                         continue;
 569
 570                 /*
 571                  * try_to_free_mem_cgroup_pages() might not give us a full
 572                  * picture of reclaim. Some pages are reclaimed and might be
 573                  * moved to swap cache or just unmapped from the cgroup.
 574                  * Check the limit again to see if the reclaim reduced the
 575                  * current usage of the cgroup before giving up
 576                  */
 577                 if (res_counter_check_under_limit(&mem->res))
 578                         continue;
 579
 580                 if (!nr_retries--) {
 581                         mem_cgroup_out_of_memory(mem, gfp_mask);
 582                         goto out;
 583                 }
 584         }
 585
 586         pc->mem_cgroup = mem;
 587         pc->page = page;
 588         /*
 589          * If a page is accounted as a page cache, insert to inactive list.
 590          * If anon, insert to active list.
 591          */
 592         if (ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE) {
 593                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE;
 594                 if (page_is_file_cache(page))
 595                         pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_FILE;
 596                 else
 597                         pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 598         } else if (ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED)
 599                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 600         else /* MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM */
 601                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE | PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 602
 603         lock_page_cgroup(page);
 604         if (unlikely(page_get_page_cgroup(page))) {
 605                 unlock_page_cgroup(page);
 606                 res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 607                 css_put(&mem->css);
 608                 kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 609                 goto done;
 610         }
 611         page_assign_page_cgroup(page, pc);
 612
 613         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 614         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 615         __mem_cgroup_add_list(mz, pc);
 616         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 617
 618         unlock_page_cgroup(page);
 619 done:
 620         return 0;
 621 out:
 622         css_put(&mem->css);
 623         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 624 err:
 625         return -ENOMEM;
 626 }
 627
 628 int mem_cgroup_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 629 {
 630         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 631                 return 0;
 632
 633         /*
 634          * If already mapped, we don't have to account.
 635          * If page cache, page->mapping has address_space.
 636          * But page->mapping may have out-of-use anon_vma pointer,
 637          * detecit it by PageAnon() check. newly-mapped-anon's page->mapping
 638          * is NULL.
 639          */
 640         if (page_mapped(page) || (page->mapping && !PageAnon(page)))
 641                 return 0;
 642         if (unlikely(!mm))
 643                 mm = &init_mm;
 644         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 645                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED, NULL);
 646 }
 647
 648 int mem_cgroup_cache_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 649                                 gfp_t gfp_mask)
 650 {
 651         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 652                 return 0;
 653
 654         /*
 655          * Corner case handling. This is called from add_to_page_cache()
 656          * in usual. But some FS (shmem) precharges this page before calling it
 657          * and call add_to_page_cache() with GFP_NOWAIT.
 658          *
 659          * For GFP_NOWAIT case, the page may be pre-charged before calling
 660          * add_to_page_cache(). (See shmem.c) check it here and avoid to call
 661          * charge twice. (It works but has to pay a bit larger cost.)
 662          */
 663         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 664                 struct page_cgroup *pc;
 665
 666                 lock_page_cgroup(page);
 667                 pc = page_get_page_cgroup(page);
 668                 if (pc) {
 669                         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 670                         VM_BUG_ON(!pc->mem_cgroup);
 671                         unlock_page_cgroup(page);
 672                         return 0;
 673                 }
 674                 unlock_page_cgroup(page);
 675         }
 676
 677         if (unlikely(!mm))
 678                 mm = &init_mm;
 679
 680         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 681                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE, NULL);
 682 }
 683
 684 /*
 685  * uncharge if !page_mapped(page)
 686  */
 687 static void
 688 __mem_cgroup_uncharge_common(struct page *page, enum charge_type ctype)
 689 {
 690         struct page_cgroup *pc;
 691         struct mem_cgroup *mem;
 692         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 693         unsigned long flags;
 694
 695         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 696                 return;
 697
 698         /*
 699          * Check if our page_cgroup is valid
 700          */
 701         lock_page_cgroup(page);
 702         pc = page_get_page_cgroup(page);
 703         if (unlikely(!pc))
 704                 goto unlock;
 705
 706         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 707
 708         if ((ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED)
 709             && ((pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 710                 || page_mapped(page)))
 711                 goto unlock;
 712
 713         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 714         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 715         __mem_cgroup_remove_list(mz, pc);
 716         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 717
 718         page_assign_page_cgroup(page, NULL);
 719         unlock_page_cgroup(page);
 720
 721         mem = pc->mem_cgroup;
 722         res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 723         css_put(&mem->css);
 724
 725         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 726         return;
 727 unlock:
 728         unlock_page_cgroup(page);
 729 }
 730
 731 void mem_cgroup_uncharge_page(struct page *page)
 732 {
 733         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED);
 734 }
 735
 736 void mem_cgroup_uncharge_cache_page(struct page *page)
 737 {
 738         VM_BUG_ON(page_mapped(page));
 739         VM_BUG_ON(page->mapping);
 740         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE);
 741 }
 742
 743 /*
 744  * Before starting migration, account against new page.
 745  */
 746 int mem_cgroup_prepare_migration(struct page *page, struct page *newpage)
 747 {
 748         struct page_cgroup *pc;
 749         struct mem_cgroup *mem = NULL;
 750         enum charge_type ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED;
 751         int ret = 0;
 752
 753         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 754                 return 0;
 755
 756         lock_page_cgroup(page);
 757         pc = page_get_page_cgroup(page);
 758         if (pc) {
 759                 mem = pc->mem_cgroup;
 760                 css_get(&mem->css);
 761                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE) {
 762                         if (page_is_file_cache(page))
 763                                 ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE;
 764                         else
 765                                 ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM;
 766                 }
 767         }
 768         unlock_page_cgroup(page);
 769         if (mem) {
 770                 ret = mem_cgroup_charge_common(newpage, NULL, GFP_KERNEL,
 771                         ctype, mem);
 772                 css_put(&mem->css);
 773         }
 774         return ret;
 775 }
 776
 777 /* remove redundant charge if migration failed*/
 778 void mem_cgroup_end_migration(struct page *newpage)
 779 {
 780         /*
 781          * At success, page->mapping is not NULL.
 782          * special rollback care is necessary when
 783          * 1. at migration failure. (newpage->mapping is cleared in this case)
 784          * 2. the newpage was moved but not remapped again because the task
 785          *    exits and the newpage is obsolete. In this case, the new page
 786          *    may be a swapcache. So, we just call mem_cgroup_uncharge_page()
 787          *    always for avoiding mess. The  page_cgroup will be removed if
 788          *    unnecessary. File cache pages is still on radix-tree. Don't
 789          *    care it.
 790          */
 791         if (!newpage->mapping)
 792                 __mem_cgroup_uncharge_common(newpage,
 793                                          MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 794         else if (PageAnon(newpage))
 795                 mem_cgroup_uncharge_page(newpage);
 796 }
 797
 798 /*
 799  * A call to try to shrink memory usage under specified resource controller.
 800  * This is typically used for page reclaiming for shmem for reducing side
 801  * effect of page allocation from shmem, which is used by some mem_cgroup.
 802  */
 803 int mem_cgroup_shrink_usage(struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 804 {
 805         struct mem_cgroup *mem;
 806         int progress = 0;
 807         int retry = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 808
 809         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 810                 return 0;
 811         if (!mm)
 812                 return 0;
 813
 814         rcu_read_lock();
 815         mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 816         if (unlikely(!mem)) {
 817                 rcu_read_unlock();
 818                 return 0;
 819         }
 820         css_get(&mem->css);
 821         rcu_read_unlock();
 822
 823         do {
 824                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask);
 825                 progress += res_counter_check_under_limit(&mem->res);
 826         } while (!progress && --retry);
 827
 828         css_put(&mem->css);
 829         if (!retry)
 830                 return -ENOMEM;
 831         return 0;
 832 }
 833
 834 int mem_cgroup_resize_limit(struct mem_cgroup *memcg, unsigned long long val)
 835 {
 836
 837         int retry_count = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 838         int progress;
 839         int ret = 0;
 840
 841         while (res_counter_set_limit(&memcg->res, val)) {
 842                 if (signal_pending(current)) {
 843                         ret = -EINTR;
 844                         break;
 845                 }
 846                 if (!retry_count) {
 847                         ret = -EBUSY;
 848                         break;
 849                 }
 850                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(memcg, GFP_KERNEL);
 851                 if (!progress)
 852                         retry_count--;
 853         }
 854         return ret;
 855 }
 856
 857
 858 /*
 859  * This routine traverse page_cgroup in given list and drop them all.
 860  * *And* this routine doesn't reclaim page itself, just removes page_cgroup.
 861  */
 862 #define FORCE_UNCHARGE_BATCH    (128)
 863 static void mem_cgroup_force_empty_list(struct mem_cgroup *mem,
 864                             struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 865                             enum lru_list lru)
 866 {
 867         struct page_cgroup *pc;
 868         struct page *page;
 869         int count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 870         unsigned long flags;
 871         struct list_head *list;
 872
 873         list = &mz->lists[lru];
 874
 875         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 876         while (!list_empty(list)) {
 877                 pc = list_entry(list->prev, struct page_cgroup, lru);
 878                 page = pc->page;
 879                 get_page(page);
 880                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 881                 /*
 882                  * Check if this page is on LRU. !LRU page can be found
 883                  * if it's under page migration.
 884                  */
 885                 if (PageLRU(page)) {
 886                         __mem_cgroup_uncharge_common(page,
 887                                         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 888                         put_page(page);
 889                         if (--count <= 0) {
 890                                 count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 891                                 cond_resched();
 892                         }
 893                 } else
 894                         cond_resched();
 895                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 896         }
 897         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 898 }
 899
 900 /*
 901  * make mem_cgroup's charge to be 0 if there is no task.
 902  * This enables deleting this mem_cgroup.
 903  */
 904 static int mem_cgroup_force_empty(struct mem_cgroup *mem)
 905 {
 906         int ret = -EBUSY;
 907         int node, zid;
 908
 909         css_get(&mem->css);
 910         /*
 911          * page reclaim code (kswapd etc..) will move pages between
 912          * active_list <-> inactive_list while we don't take a lock.
 913          * So, we have to do loop here until all lists are empty.
 914          */
 915         while (mem->res.usage > 0) {
 916                 if (atomic_read(&mem->css.cgroup->count) > 0)
 917                         goto out;
 918                 for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
 919                         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 920                                 struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 921                                 enum lru_list l;
 922                                 mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, node, zid);
 923                                 for_each_lru(l)
 924                                         mem_cgroup_force_empty_list(mem, mz, l);
 925                         }
 926         }
 927         ret = 0;
 928 out:
 929         css_put(&mem->css);
 930         return ret;
 931 }
 932
 933 static u64 mem_cgroup_read(struct cgroup *cont, struct cftype *cft)
 934 {
 935         return res_counter_read_u64(&mem_cgroup_from_cont(cont)->res,
 936                                     cft->private);
 937 }
 938 /*
 939  * The user of this function is...
 940  * RES_LIMIT.
 941  */
 942 static int mem_cgroup_write(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 943                             const char *buffer)
 944 {
 945         struct mem_cgroup *memcg = mem_cgroup_from_cont(cont);
 946         unsigned long long val;
 947         int ret;
 948
 949         switch (cft->private) {
 950         case RES_LIMIT:
 951                 /* This function does all necessary parse...reuse it */
 952                 ret = res_counter_memparse_write_strategy(buffer, &val);
 953                 if (!ret)
 954                         ret = mem_cgroup_resize_limit(memcg, val);
 955                 break;
 956         default:
 957                 ret = -EINVAL; /* should be BUG() ? */
 958                 break;
 959         }
 960         return ret;
 961 }
 962
 963 static int mem_cgroup_reset(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 964 {
 965         struct mem_cgroup *mem;
 966
 967         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
 968         switch (event) {
 969         case RES_MAX_USAGE:
 970                 res_counter_reset_max(&mem->res);
 971                 break;
 972         case RES_FAILCNT:
 973                 res_counter_reset_failcnt(&mem->res);
 974                 break;
 975         }
 976         return 0;
 977 }
 978
 979 static int mem_force_empty_write(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 980 {
 981         return mem_cgroup_force_empty(mem_cgroup_from_cont(cont));
 982 }
 983
 984 static const struct mem_cgroup_stat_desc {
 985         const char *msg;
 986         u64 unit;
 987 } mem_cgroup_stat_desc[] = {
 988         [MEM_CGROUP_STAT_CACHE] = { "cache", PAGE_SIZE, },
 989         [MEM_CGROUP_STAT_RSS] = { "rss", PAGE_SIZE, },
 990         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT] = {"pgpgin", 1, },
 991         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT] = {"pgpgout", 1, },
 992 };
 993
 994 static int mem_control_stat_show(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 995                                  struct cgroup_map_cb *cb)
 996 {
 997         struct mem_cgroup *mem_cont = mem_cgroup_from_cont(cont);
 998         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem_cont->stat;
 999         int i;
1000
1001         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(stat->cpustat[0].count); i++) {
1002                 s64 val;
1003
1004                 val = mem_cgroup_read_stat(stat, i);
1005                 val *= mem_cgroup_stat_desc[i].unit;
1006                 cb->fill(cb, mem_cgroup_stat_desc[i].msg, val);
1007         }
1008         /* showing # of active pages */
1009         {
1010                 unsigned long active_anon, inactive_anon;
1011                 unsigned long active_file, inactive_file;
1012                 unsigned long unevictable;
1013
1014                 inactive_anon = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1015                                                 LRU_INACTIVE_ANON);
1016                 active_anon = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1017                                                 LRU_ACTIVE_ANON);
1018                 inactive_file = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1019                                                 LRU_INACTIVE_FILE);
1020                 active_file = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1021                                                 LRU_ACTIVE_FILE);
1022                 unevictable = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1023                                                         LRU_UNEVICTABLE);
1024
1025                 cb->fill(cb, "active_anon", (active_anon) * PAGE_SIZE);
1026                 cb->fill(cb, "inactive_anon", (inactive_anon) * PAGE_SIZE);
1027                 cb->fill(cb, "active_file", (active_file) * PAGE_SIZE);
1028                 cb->fill(cb, "inactive_file", (inactive_file) * PAGE_SIZE);
1029                 cb->fill(cb, "unevictable", unevictable * PAGE_SIZE);
1030
1031         }
1032         return 0;
1033 }
1034
1035 static struct cftype mem_cgroup_files[] = {
1036         {
1037                 .name = "usage_in_bytes",
1038                 .private = RES_USAGE,
1039                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1040         },
1041         {
1042                 .name = "max_usage_in_bytes",
1043                 .private = RES_MAX_USAGE,
1044                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1045                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1046         },
1047         {
1048                 .name = "limit_in_bytes",
1049                 .private = RES_LIMIT,
1050                 .write_string = mem_cgroup_write,
1051                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1052         },
1053         {
1054                 .name = "failcnt",
1055                 .private = RES_FAILCNT,
1056                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1057                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1058         },
1059         {
1060                 .name = "force_empty",
1061                 .trigger = mem_force_empty_write,
1062         },
1063         {
1064                 .name = "stat",
1065                 .read_map = mem_control_stat_show,
1066         },
1067 };
1068
1069 static int alloc_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1070 {
1071         struct mem_cgroup_per_node *pn;
1072         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
1073         enum lru_list l;
1074         int zone, tmp = node;
1075         /*
1076          * This routine is called against possible nodes.
1077          * But it's BUG to call kmalloc() against offline node.
1078          *
1079          * TODO: this routine can waste much memory for nodes which will
1080          *       never be onlined. It's better to use memory hotplug callback
1081          *       function.
1082          */
1083         if (!node_state(node, N_NORMAL_MEMORY))
1084                 tmp = -1;
1085         pn = kmalloc_node(sizeof(*pn), GFP_KERNEL, tmp);
1086         if (!pn)
1087                 return 1;
1088
1089         mem->info.nodeinfo[node] = pn;
1090         memset(pn, 0, sizeof(*pn));
1091
1092         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
1093                 mz = &pn->zoneinfo[zone];
1094                 spin_lock_init(&mz->lru_lock);
1095                 for_each_lru(l)
1096                         INIT_LIST_HEAD(&mz->lists[l]);
1097         }
1098         return 0;
1099 }
1100
1101 static void free_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1102 {
1103         kfree(mem->info.nodeinfo[node]);
1104 }
1105
1106 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_alloc(void)
1107 {
1108         struct mem_cgroup *mem;
1109
1110         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1111                 mem = kmalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1112         else
1113                 mem = vmalloc(sizeof(*mem));
1114
1115         if (mem)
1116                 memset(mem, 0, sizeof(*mem));
1117         return mem;
1118 }
1119
1120 static void mem_cgroup_free(struct mem_cgroup *mem)
1121 {
1122         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1123                 kfree(mem);
1124         else
1125                 vfree(mem);
1126 }
1127
1128
1129 static struct cgroup_subsys_state *
1130 mem_cgroup_create(struct cgroup_subsys *ss, struct cgroup *cont)
1131 {
1132         struct mem_cgroup *mem;
1133         int node;
1134
1135         if (unlikely((cont->parent) == NULL)) {
1136                 mem = &init_mem_cgroup;
1137                 page_cgroup_cache = KMEM_CACHE(page_cgroup, SLAB_PANIC);
1138         } else {
1139                 mem = mem_cgroup_alloc();
1140                 if (!mem)
1141                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1142         }
1143
1144         res_counter_init(&mem->res);
1145
1146         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1147                 if (alloc_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node))
1148                         goto free_out;
1149
1150         return &mem->css;
1151 free_out:
1152         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1153                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1154         if (cont->parent != NULL)
1155                 mem_cgroup_free(mem);
1156         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1157 }
1158
1159 static void mem_cgroup_pre_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1160                                         struct cgroup *cont)
1161 {
1162         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1163         mem_cgroup_force_empty(mem);
1164 }
1165
1166 static void mem_cgroup_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1167                                 struct cgroup *cont)
1168 {
1169         int node;
1170         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1171
1172         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1173                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1174
1175         mem_cgroup_free(mem_cgroup_from_cont(cont));
1176 }
1177
1178 static int mem_cgroup_populate(struct cgroup_subsys *ss,
1179                                 struct cgroup *cont)
1180 {
1181         return cgroup_add_files(cont, ss, mem_cgroup_files,
1182                                         ARRAY_SIZE(mem_cgroup_files));
1183 }
1184
1185 static void mem_cgroup_move_task(struct cgroup_subsys *ss,
1186                                 struct cgroup *cont,
1187                                 struct cgroup *old_cont,
1188                                 struct task_struct *p)
1189 {
1190         struct mm_struct *mm;
1191         struct mem_cgroup *mem, *old_mem;
1192
1193         mm = get_task_mm(p);
1194         if (mm == NULL)
1195                 return;
1196
1197         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1198         old_mem = mem_cgroup_from_cont(old_cont);
1199
1200         /*
1201          * Only thread group leaders are allowed to migrate, the mm_struct is
1202          * in effect owned by the leader
1203          */
1204         if (!thread_group_leader(p))
1205                 goto out;
1206
1207 out:
1208         mmput(mm);
1209 }
1210
1211 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys = {
1212         .name = "memory",
1213         .subsys_id = mem_cgroup_subsys_id,
1214         .create = mem_cgroup_create,
1215         .pre_destroy = mem_cgroup_pre_destroy,
1216         .destroy = mem_cgroup_destroy,
1217         .populate = mem_cgroup_populate,
1218         .attach = mem_cgroup_move_task,
1219         .early_init = 0,
1220 };