Merge tag 'bcachefs-2024-09-21' of git://evilpiepirate.org/bcachefs
[linux.git] / mm / zswap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * zswap.c - zswap driver file
4  *
5  * zswap is a cache that takes pages that are in the process
6  * of being swapped out and attempts to compress and store them in a
7  * RAM-based memory pool.  This can result in a significant I/O reduction on
8  * the swap device and, in the case where decompressing from RAM is faster
9  * than reading from the swap device, can also improve workload performance.
10  *
11  * Copyright (C) 2012  Seth Jennings <sjenning@linux.vnet.ibm.com>
12 */
13
14 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
15
16 #include <linux/module.h>
17 #include <linux/cpu.h>
18 #include <linux/highmem.h>
19 #include <linux/slab.h>
20 #include <linux/spinlock.h>
21 #include <linux/types.h>
22 #include <linux/atomic.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/crypto.h>
25 #include <linux/scatterlist.h>
26 #include <linux/mempolicy.h>
27 #include <linux/mempool.h>
28 #include <linux/zpool.h>
29 #include <crypto/acompress.h>
30 #include <linux/zswap.h>
31 #include <linux/mm_types.h>
32 #include <linux/page-flags.h>
33 #include <linux/swapops.h>
34 #include <linux/writeback.h>
35 #include <linux/pagemap.h>
36 #include <linux/workqueue.h>
37 #include <linux/list_lru.h>
38
39 #include "swap.h"
40 #include "internal.h"
41
42 /*********************************
43 * statistics
44 **********************************/
45 /* The number of compressed pages currently stored in zswap */
46 atomic_t zswap_stored_pages = ATOMIC_INIT(0);
47
48 /*
49  * The statistics below are not protected from concurrent access for
50  * performance reasons so they may not be a 100% accurate.  However,
51  * they do provide useful information on roughly how many times a
52  * certain event is occurring.
53 */
54
55 /* Pool limit was hit (see zswap_max_pool_percent) */
56 static u64 zswap_pool_limit_hit;
57 /* Pages written back when pool limit was reached */
58 static u64 zswap_written_back_pages;
59 /* Store failed due to a reclaim failure after pool limit was reached */
60 static u64 zswap_reject_reclaim_fail;
61 /* Store failed due to compression algorithm failure */
62 static u64 zswap_reject_compress_fail;
63 /* Compressed page was too big for the allocator to (optimally) store */
64 static u64 zswap_reject_compress_poor;
65 /* Store failed because underlying allocator could not get memory */
66 static u64 zswap_reject_alloc_fail;
67 /* Store failed because the entry metadata could not be allocated (rare) */
68 static u64 zswap_reject_kmemcache_fail;
69
70 /* Shrinker work queue */
71 static struct workqueue_struct *shrink_wq;
72 /* Pool limit was hit, we need to calm down */
73 static bool zswap_pool_reached_full;
74
75 /*********************************
76 * tunables
77 **********************************/
78
79 #define ZSWAP_PARAM_UNSET ""
80
81 static int zswap_setup(void);
82
83 /* Enable/disable zswap */
84 static DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, zswap_ever_enabled);
85 static bool zswap_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON);
86 static int zswap_enabled_param_set(const char *,
87                                    const struct kernel_param *);
88 static const struct kernel_param_ops zswap_enabled_param_ops = {
89         .set =          zswap_enabled_param_set,
90         .get =          param_get_bool,
91 };
92 module_param_cb(enabled, &zswap_enabled_param_ops, &zswap_enabled, 0644);
93
94 /* Crypto compressor to use */
95 static char *zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
96 static int zswap_compressor_param_set(const char *,
97                                       const struct kernel_param *);
98 static const struct kernel_param_ops zswap_compressor_param_ops = {
99         .set =          zswap_compressor_param_set,
100         .get =          param_get_charp,
101         .free =         param_free_charp,
102 };
103 module_param_cb(compressor, &zswap_compressor_param_ops,
104                 &zswap_compressor, 0644);
105
106 /* Compressed storage zpool to use */
107 static char *zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
108 static int zswap_zpool_param_set(const char *, const struct kernel_param *);
109 static const struct kernel_param_ops zswap_zpool_param_ops = {
110         .set =          zswap_zpool_param_set,
111         .get =          param_get_charp,
112         .free =         param_free_charp,
113 };
114 module_param_cb(zpool, &zswap_zpool_param_ops, &zswap_zpool_type, 0644);
115
116 /* The maximum percentage of memory that the compressed pool can occupy */
117 static unsigned int zswap_max_pool_percent = 20;
118 module_param_named(max_pool_percent, zswap_max_pool_percent, uint, 0644);
119
120 /* The threshold for accepting new pages after the max_pool_percent was hit */
121 static unsigned int zswap_accept_thr_percent = 90; /* of max pool size */
122 module_param_named(accept_threshold_percent, zswap_accept_thr_percent,
123                    uint, 0644);
124
125 /* Enable/disable memory pressure-based shrinker. */
126 static bool zswap_shrinker_enabled = IS_ENABLED(
127                 CONFIG_ZSWAP_SHRINKER_DEFAULT_ON);
128 module_param_named(shrinker_enabled, zswap_shrinker_enabled, bool, 0644);
129
130 bool zswap_is_enabled(void)
131 {
132         return zswap_enabled;
133 }
134
135 bool zswap_never_enabled(void)
136 {
137         return !static_branch_maybe(CONFIG_ZSWAP_DEFAULT_ON, &zswap_ever_enabled);
138 }
139
140 /*********************************
141 * data structures
142 **********************************/
143
144 struct crypto_acomp_ctx {
145         struct crypto_acomp *acomp;
146         struct acomp_req *req;
147         struct crypto_wait wait;
148         u8 *buffer;
149         struct mutex mutex;
150         bool is_sleepable;
151 };
152
153 /*
154  * The lock ordering is zswap_tree.lock -> zswap_pool.lru_lock.
155  * The only case where lru_lock is not acquired while holding tree.lock is
156  * when a zswap_entry is taken off the lru for writeback, in that case it
157  * needs to be verified that it's still valid in the tree.
158  */
159 struct zswap_pool {
160         struct zpool *zpool;
161         struct crypto_acomp_ctx __percpu *acomp_ctx;
162         struct percpu_ref ref;
163         struct list_head list;
164         struct work_struct release_work;
165         struct hlist_node node;
166         char tfm_name[CRYPTO_MAX_ALG_NAME];
167 };
168
169 /* Global LRU lists shared by all zswap pools. */
170 static struct list_lru zswap_list_lru;
171
172 /* The lock protects zswap_next_shrink updates. */
173 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_shrink_lock);
174 static struct mem_cgroup *zswap_next_shrink;
175 static struct work_struct zswap_shrink_work;
176 static struct shrinker *zswap_shrinker;
177
178 /*
179  * struct zswap_entry
180  *
181  * This structure contains the metadata for tracking a single compressed
182  * page within zswap.
183  *
184  * swpentry - associated swap entry, the offset indexes into the red-black tree
185  * length - the length in bytes of the compressed page data.  Needed during
186  *          decompression.
187  * referenced - true if the entry recently entered the zswap pool. Unset by the
188  *              writeback logic. The entry is only reclaimed by the writeback
189  *              logic if referenced is unset. See comments in the shrinker
190  *              section for context.
191  * pool - the zswap_pool the entry's data is in
192  * handle - zpool allocation handle that stores the compressed page data
193  * value - value of the same-value filled pages which have same content
194  * objcg - the obj_cgroup that the compressed memory is charged to
195  * lru - handle to the pool's lru used to evict pages.
196  */
197 struct zswap_entry {
198         swp_entry_t swpentry;
199         unsigned int length;
200         bool referenced;
201         struct zswap_pool *pool;
202         unsigned long handle;
203         struct obj_cgroup *objcg;
204         struct list_head lru;
205 };
206
207 static struct xarray *zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
208 static unsigned int nr_zswap_trees[MAX_SWAPFILES];
209
210 /* RCU-protected iteration */
211 static LIST_HEAD(zswap_pools);
212 /* protects zswap_pools list modification */
213 static DEFINE_SPINLOCK(zswap_pools_lock);
214 /* pool counter to provide unique names to zpool */
215 static atomic_t zswap_pools_count = ATOMIC_INIT(0);
216
217 enum zswap_init_type {
218         ZSWAP_UNINIT,
219         ZSWAP_INIT_SUCCEED,
220         ZSWAP_INIT_FAILED
221 };
222
223 static enum zswap_init_type zswap_init_state;
224
225 /* used to ensure the integrity of initialization */
226 static DEFINE_MUTEX(zswap_init_lock);
227
228 /* init completed, but couldn't create the initial pool */
229 static bool zswap_has_pool;
230
231 /*********************************
232 * helpers and fwd declarations
233 **********************************/
234
235 static inline struct xarray *swap_zswap_tree(swp_entry_t swp)
236 {
237         return &zswap_trees[swp_type(swp)][swp_offset(swp)
238                 >> SWAP_ADDRESS_SPACE_SHIFT];
239 }
240
241 #define zswap_pool_debug(msg, p)                                \
242         pr_debug("%s pool %s/%s\n", msg, (p)->tfm_name,         \
243                  zpool_get_type((p)->zpool))
244
245 /*********************************
246 * pool functions
247 **********************************/
248 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref);
249
250 static struct zswap_pool *zswap_pool_create(char *type, char *compressor)
251 {
252         struct zswap_pool *pool;
253         char name[38]; /* 'zswap' + 32 char (max) num + \0 */
254         gfp_t gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
255         int ret;
256
257         if (!zswap_has_pool) {
258                 /* if either are unset, pool initialization failed, and we
259                  * need both params to be set correctly before trying to
260                  * create a pool.
261                  */
262                 if (!strcmp(type, ZSWAP_PARAM_UNSET))
263                         return NULL;
264                 if (!strcmp(compressor, ZSWAP_PARAM_UNSET))
265                         return NULL;
266         }
267
268         pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
269         if (!pool)
270                 return NULL;
271
272         /* unique name for each pool specifically required by zsmalloc */
273         snprintf(name, 38, "zswap%x", atomic_inc_return(&zswap_pools_count));
274         pool->zpool = zpool_create_pool(type, name, gfp);
275         if (!pool->zpool) {
276                 pr_err("%s zpool not available\n", type);
277                 goto error;
278         }
279         pr_debug("using %s zpool\n", zpool_get_type(pool->zpool));
280
281         strscpy(pool->tfm_name, compressor, sizeof(pool->tfm_name));
282
283         pool->acomp_ctx = alloc_percpu(*pool->acomp_ctx);
284         if (!pool->acomp_ctx) {
285                 pr_err("percpu alloc failed\n");
286                 goto error;
287         }
288
289         ret = cpuhp_state_add_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
290                                        &pool->node);
291         if (ret)
292                 goto error;
293
294         /* being the current pool takes 1 ref; this func expects the
295          * caller to always add the new pool as the current pool
296          */
297         ret = percpu_ref_init(&pool->ref, __zswap_pool_empty,
298                               PERCPU_REF_ALLOW_REINIT, GFP_KERNEL);
299         if (ret)
300                 goto ref_fail;
301         INIT_LIST_HEAD(&pool->list);
302
303         zswap_pool_debug("created", pool);
304
305         return pool;
306
307 ref_fail:
308         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
309 error:
310         if (pool->acomp_ctx)
311                 free_percpu(pool->acomp_ctx);
312         if (pool->zpool)
313                 zpool_destroy_pool(pool->zpool);
314         kfree(pool);
315         return NULL;
316 }
317
318 static struct zswap_pool *__zswap_pool_create_fallback(void)
319 {
320         bool has_comp, has_zpool;
321
322         has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
323         if (!has_comp && strcmp(zswap_compressor,
324                                 CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT)) {
325                 pr_err("compressor %s not available, using default %s\n",
326                        zswap_compressor, CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT);
327                 param_free_charp(&zswap_compressor);
328                 zswap_compressor = CONFIG_ZSWAP_COMPRESSOR_DEFAULT;
329                 has_comp = crypto_has_acomp(zswap_compressor, 0, 0);
330         }
331         if (!has_comp) {
332                 pr_err("default compressor %s not available\n",
333                        zswap_compressor);
334                 param_free_charp(&zswap_compressor);
335                 zswap_compressor = ZSWAP_PARAM_UNSET;
336         }
337
338         has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
339         if (!has_zpool && strcmp(zswap_zpool_type,
340                                  CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT)) {
341                 pr_err("zpool %s not available, using default %s\n",
342                        zswap_zpool_type, CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT);
343                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
344                 zswap_zpool_type = CONFIG_ZSWAP_ZPOOL_DEFAULT;
345                 has_zpool = zpool_has_pool(zswap_zpool_type);
346         }
347         if (!has_zpool) {
348                 pr_err("default zpool %s not available\n",
349                        zswap_zpool_type);
350                 param_free_charp(&zswap_zpool_type);
351                 zswap_zpool_type = ZSWAP_PARAM_UNSET;
352         }
353
354         if (!has_comp || !has_zpool)
355                 return NULL;
356
357         return zswap_pool_create(zswap_zpool_type, zswap_compressor);
358 }
359
360 static void zswap_pool_destroy(struct zswap_pool *pool)
361 {
362         zswap_pool_debug("destroying", pool);
363
364         cpuhp_state_remove_instance(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE, &pool->node);
365         free_percpu(pool->acomp_ctx);
366
367         zpool_destroy_pool(pool->zpool);
368         kfree(pool);
369 }
370
371 static void __zswap_pool_release(struct work_struct *work)
372 {
373         struct zswap_pool *pool = container_of(work, typeof(*pool),
374                                                 release_work);
375
376         synchronize_rcu();
377
378         /* nobody should have been able to get a ref... */
379         WARN_ON(!percpu_ref_is_zero(&pool->ref));
380         percpu_ref_exit(&pool->ref);
381
382         /* pool is now off zswap_pools list and has no references. */
383         zswap_pool_destroy(pool);
384 }
385
386 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void);
387
388 static void __zswap_pool_empty(struct percpu_ref *ref)
389 {
390         struct zswap_pool *pool;
391
392         pool = container_of(ref, typeof(*pool), ref);
393
394         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
395
396         WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
397
398         list_del_rcu(&pool->list);
399
400         INIT_WORK(&pool->release_work, __zswap_pool_release);
401         schedule_work(&pool->release_work);
402
403         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
404 }
405
406 static int __must_check zswap_pool_get(struct zswap_pool *pool)
407 {
408         if (!pool)
409                 return 0;
410
411         return percpu_ref_tryget(&pool->ref);
412 }
413
414 static void zswap_pool_put(struct zswap_pool *pool)
415 {
416         percpu_ref_put(&pool->ref);
417 }
418
419 static struct zswap_pool *__zswap_pool_current(void)
420 {
421         struct zswap_pool *pool;
422
423         pool = list_first_or_null_rcu(&zswap_pools, typeof(*pool), list);
424         WARN_ONCE(!pool && zswap_has_pool,
425                   "%s: no page storage pool!\n", __func__);
426
427         return pool;
428 }
429
430 static struct zswap_pool *zswap_pool_current(void)
431 {
432         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
433
434         return __zswap_pool_current();
435 }
436
437 static struct zswap_pool *zswap_pool_current_get(void)
438 {
439         struct zswap_pool *pool;
440
441         rcu_read_lock();
442
443         pool = __zswap_pool_current();
444         if (!zswap_pool_get(pool))
445                 pool = NULL;
446
447         rcu_read_unlock();
448
449         return pool;
450 }
451
452 /* type and compressor must be null-terminated */
453 static struct zswap_pool *zswap_pool_find_get(char *type, char *compressor)
454 {
455         struct zswap_pool *pool;
456
457         assert_spin_locked(&zswap_pools_lock);
458
459         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list) {
460                 if (strcmp(pool->tfm_name, compressor))
461                         continue;
462                 if (strcmp(zpool_get_type(pool->zpool), type))
463                         continue;
464                 /* if we can't get it, it's about to be destroyed */
465                 if (!zswap_pool_get(pool))
466                         continue;
467                 return pool;
468         }
469
470         return NULL;
471 }
472
473 static unsigned long zswap_max_pages(void)
474 {
475         return totalram_pages() * zswap_max_pool_percent / 100;
476 }
477
478 static unsigned long zswap_accept_thr_pages(void)
479 {
480         return zswap_max_pages() * zswap_accept_thr_percent / 100;
481 }
482
483 unsigned long zswap_total_pages(void)
484 {
485         struct zswap_pool *pool;
486         unsigned long total = 0;
487
488         rcu_read_lock();
489         list_for_each_entry_rcu(pool, &zswap_pools, list)
490                 total += zpool_get_total_pages(pool->zpool);
491         rcu_read_unlock();
492
493         return total;
494 }
495
496 static bool zswap_check_limits(void)
497 {
498         unsigned long cur_pages = zswap_total_pages();
499         unsigned long max_pages = zswap_max_pages();
500
501         if (cur_pages >= max_pages) {
502                 zswap_pool_limit_hit++;
503                 zswap_pool_reached_full = true;
504         } else if (zswap_pool_reached_full &&
505                    cur_pages <= zswap_accept_thr_pages()) {
506                         zswap_pool_reached_full = false;
507         }
508         return zswap_pool_reached_full;
509 }
510
511 /*********************************
512 * param callbacks
513 **********************************/
514
515 static bool zswap_pool_changed(const char *s, const struct kernel_param *kp)
516 {
517         /* no change required */
518         if (!strcmp(s, *(char **)kp->arg) && zswap_has_pool)
519                 return false;
520         return true;
521 }
522
523 /* val must be a null-terminated string */
524 static int __zswap_param_set(const char *val, const struct kernel_param *kp,
525                              char *type, char *compressor)
526 {
527         struct zswap_pool *pool, *put_pool = NULL;
528         char *s = strstrip((char *)val);
529         int ret = 0;
530         bool new_pool = false;
531
532         mutex_lock(&zswap_init_lock);
533         switch (zswap_init_state) {
534         case ZSWAP_UNINIT:
535                 /* if this is load-time (pre-init) param setting,
536                  * don't create a pool; that's done during init.
537                  */
538                 ret = param_set_charp(s, kp);
539                 break;
540         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
541                 new_pool = zswap_pool_changed(s, kp);
542                 break;
543         case ZSWAP_INIT_FAILED:
544                 pr_err("can't set param, initialization failed\n");
545                 ret = -ENODEV;
546         }
547         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
548
549         /* no need to create a new pool, return directly */
550         if (!new_pool)
551                 return ret;
552
553         if (!type) {
554                 if (!zpool_has_pool(s)) {
555                         pr_err("zpool %s not available\n", s);
556                         return -ENOENT;
557                 }
558                 type = s;
559         } else if (!compressor) {
560                 if (!crypto_has_acomp(s, 0, 0)) {
561                         pr_err("compressor %s not available\n", s);
562                         return -ENOENT;
563                 }
564                 compressor = s;
565         } else {
566                 WARN_ON(1);
567                 return -EINVAL;
568         }
569
570         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
571
572         pool = zswap_pool_find_get(type, compressor);
573         if (pool) {
574                 zswap_pool_debug("using existing", pool);
575                 WARN_ON(pool == zswap_pool_current());
576                 list_del_rcu(&pool->list);
577         }
578
579         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
580
581         if (!pool)
582                 pool = zswap_pool_create(type, compressor);
583         else {
584                 /*
585                  * Restore the initial ref dropped by percpu_ref_kill()
586                  * when the pool was decommissioned and switch it again
587                  * to percpu mode.
588                  */
589                 percpu_ref_resurrect(&pool->ref);
590
591                 /* Drop the ref from zswap_pool_find_get(). */
592                 zswap_pool_put(pool);
593         }
594
595         if (pool)
596                 ret = param_set_charp(s, kp);
597         else
598                 ret = -EINVAL;
599
600         spin_lock_bh(&zswap_pools_lock);
601
602         if (!ret) {
603                 put_pool = zswap_pool_current();
604                 list_add_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
605                 zswap_has_pool = true;
606         } else if (pool) {
607                 /* add the possibly pre-existing pool to the end of the pools
608                  * list; if it's new (and empty) then it'll be removed and
609                  * destroyed by the put after we drop the lock
610                  */
611                 list_add_tail_rcu(&pool->list, &zswap_pools);
612                 put_pool = pool;
613         }
614
615         spin_unlock_bh(&zswap_pools_lock);
616
617         if (!zswap_has_pool && !pool) {
618                 /* if initial pool creation failed, and this pool creation also
619                  * failed, maybe both compressor and zpool params were bad.
620                  * Allow changing this param, so pool creation will succeed
621                  * when the other param is changed. We already verified this
622                  * param is ok in the zpool_has_pool() or crypto_has_acomp()
623                  * checks above.
624                  */
625                 ret = param_set_charp(s, kp);
626         }
627
628         /* drop the ref from either the old current pool,
629          * or the new pool we failed to add
630          */
631         if (put_pool)
632                 percpu_ref_kill(&put_pool->ref);
633
634         return ret;
635 }
636
637 static int zswap_compressor_param_set(const char *val,
638                                       const struct kernel_param *kp)
639 {
640         return __zswap_param_set(val, kp, zswap_zpool_type, NULL);
641 }
642
643 static int zswap_zpool_param_set(const char *val,
644                                  const struct kernel_param *kp)
645 {
646         return __zswap_param_set(val, kp, NULL, zswap_compressor);
647 }
648
649 static int zswap_enabled_param_set(const char *val,
650                                    const struct kernel_param *kp)
651 {
652         int ret = -ENODEV;
653
654         /* if this is load-time (pre-init) param setting, only set param. */
655         if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
656                 return param_set_bool(val, kp);
657
658         mutex_lock(&zswap_init_lock);
659         switch (zswap_init_state) {
660         case ZSWAP_UNINIT:
661                 if (zswap_setup())
662                         break;
663                 fallthrough;
664         case ZSWAP_INIT_SUCCEED:
665                 if (!zswap_has_pool)
666                         pr_err("can't enable, no pool configured\n");
667                 else
668                         ret = param_set_bool(val, kp);
669                 break;
670         case ZSWAP_INIT_FAILED:
671                 pr_err("can't enable, initialization failed\n");
672         }
673         mutex_unlock(&zswap_init_lock);
674
675         return ret;
676 }
677
678 /*********************************
679 * lru functions
680 **********************************/
681
682 /* should be called under RCU */
683 #ifdef CONFIG_MEMCG
684 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
685 {
686         return entry->objcg ? obj_cgroup_memcg(entry->objcg) : NULL;
687 }
688 #else
689 static inline struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_entry(struct zswap_entry *entry)
690 {
691         return NULL;
692 }
693 #endif
694
695 static inline int entry_to_nid(struct zswap_entry *entry)
696 {
697         return page_to_nid(virt_to_page(entry));
698 }
699
700 static void zswap_lru_add(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
701 {
702         int nid = entry_to_nid(entry);
703         struct mem_cgroup *memcg;
704
705         /*
706          * Note that it is safe to use rcu_read_lock() here, even in the face of
707          * concurrent memcg offlining. Thanks to the memcg->kmemcg_id indirection
708          * used in list_lru lookup, only two scenarios are possible:
709          *
710          * 1. list_lru_add() is called before memcg->kmemcg_id is updated. The
711          *    new entry will be reparented to memcg's parent's list_lru.
712          * 2. list_lru_add() is called after memcg->kmemcg_id is updated. The
713          *    new entry will be added directly to memcg's parent's list_lru.
714          *
715          * Similar reasoning holds for list_lru_del().
716          */
717         rcu_read_lock();
718         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
719         /* will always succeed */
720         list_lru_add(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
721         rcu_read_unlock();
722 }
723
724 static void zswap_lru_del(struct list_lru *list_lru, struct zswap_entry *entry)
725 {
726         int nid = entry_to_nid(entry);
727         struct mem_cgroup *memcg;
728
729         rcu_read_lock();
730         memcg = mem_cgroup_from_entry(entry);
731         /* will always succeed */
732         list_lru_del(list_lru, &entry->lru, nid, memcg);
733         rcu_read_unlock();
734 }
735
736 void zswap_lruvec_state_init(struct lruvec *lruvec)
737 {
738         atomic_long_set(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins, 0);
739 }
740
741 void zswap_folio_swapin(struct folio *folio)
742 {
743         struct lruvec *lruvec;
744
745         if (folio) {
746                 lruvec = folio_lruvec(folio);
747                 atomic_long_inc(&lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins);
748         }
749 }
750
751 /*
752  * This function should be called when a memcg is being offlined.
753  *
754  * Since the global shrinker shrink_worker() may hold a reference
755  * of the memcg, we must check and release the reference in
756  * zswap_next_shrink.
757  *
758  * shrink_worker() must handle the case where this function releases
759  * the reference of memcg being shrunk.
760  */
761 void zswap_memcg_offline_cleanup(struct mem_cgroup *memcg)
762 {
763         /* lock out zswap shrinker walking memcg tree */
764         spin_lock(&zswap_shrink_lock);
765         if (zswap_next_shrink == memcg) {
766                 do {
767                         zswap_next_shrink = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
768                 } while (zswap_next_shrink && !mem_cgroup_online(zswap_next_shrink));
769         }
770         spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
771 }
772
773 /*********************************
774 * zswap entry functions
775 **********************************/
776 static struct kmem_cache *zswap_entry_cache;
777
778 static struct zswap_entry *zswap_entry_cache_alloc(gfp_t gfp, int nid)
779 {
780         struct zswap_entry *entry;
781         entry = kmem_cache_alloc_node(zswap_entry_cache, gfp, nid);
782         if (!entry)
783                 return NULL;
784         return entry;
785 }
786
787 static void zswap_entry_cache_free(struct zswap_entry *entry)
788 {
789         kmem_cache_free(zswap_entry_cache, entry);
790 }
791
792 /*
793  * Carries out the common pattern of freeing and entry's zpool allocation,
794  * freeing the entry itself, and decrementing the number of stored pages.
795  */
796 static void zswap_entry_free(struct zswap_entry *entry)
797 {
798         zswap_lru_del(&zswap_list_lru, entry);
799         zpool_free(entry->pool->zpool, entry->handle);
800         zswap_pool_put(entry->pool);
801         if (entry->objcg) {
802                 obj_cgroup_uncharge_zswap(entry->objcg, entry->length);
803                 obj_cgroup_put(entry->objcg);
804         }
805         zswap_entry_cache_free(entry);
806         atomic_dec(&zswap_stored_pages);
807 }
808
809 /*********************************
810 * compressed storage functions
811 **********************************/
812 static int zswap_cpu_comp_prepare(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
813 {
814         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
815         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
816         struct crypto_acomp *acomp;
817         struct acomp_req *req;
818         int ret;
819
820         mutex_init(&acomp_ctx->mutex);
821
822         acomp_ctx->buffer = kmalloc_node(PAGE_SIZE * 2, GFP_KERNEL, cpu_to_node(cpu));
823         if (!acomp_ctx->buffer)
824                 return -ENOMEM;
825
826         acomp = crypto_alloc_acomp_node(pool->tfm_name, 0, 0, cpu_to_node(cpu));
827         if (IS_ERR(acomp)) {
828                 pr_err("could not alloc crypto acomp %s : %ld\n",
829                                 pool->tfm_name, PTR_ERR(acomp));
830                 ret = PTR_ERR(acomp);
831                 goto acomp_fail;
832         }
833         acomp_ctx->acomp = acomp;
834         acomp_ctx->is_sleepable = acomp_is_async(acomp);
835
836         req = acomp_request_alloc(acomp_ctx->acomp);
837         if (!req) {
838                 pr_err("could not alloc crypto acomp_request %s\n",
839                        pool->tfm_name);
840                 ret = -ENOMEM;
841                 goto req_fail;
842         }
843         acomp_ctx->req = req;
844
845         crypto_init_wait(&acomp_ctx->wait);
846         /*
847          * if the backend of acomp is async zip, crypto_req_done() will wakeup
848          * crypto_wait_req(); if the backend of acomp is scomp, the callback
849          * won't be called, crypto_wait_req() will return without blocking.
850          */
851         acomp_request_set_callback(req, CRYPTO_TFM_REQ_MAY_BACKLOG,
852                                    crypto_req_done, &acomp_ctx->wait);
853
854         return 0;
855
856 req_fail:
857         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
858 acomp_fail:
859         kfree(acomp_ctx->buffer);
860         return ret;
861 }
862
863 static int zswap_cpu_comp_dead(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
864 {
865         struct zswap_pool *pool = hlist_entry(node, struct zswap_pool, node);
866         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx = per_cpu_ptr(pool->acomp_ctx, cpu);
867
868         if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx)) {
869                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->req))
870                         acomp_request_free(acomp_ctx->req);
871                 if (!IS_ERR_OR_NULL(acomp_ctx->acomp))
872                         crypto_free_acomp(acomp_ctx->acomp);
873                 kfree(acomp_ctx->buffer);
874         }
875
876         return 0;
877 }
878
879 static bool zswap_compress(struct folio *folio, struct zswap_entry *entry)
880 {
881         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
882         struct scatterlist input, output;
883         int comp_ret = 0, alloc_ret = 0;
884         unsigned int dlen = PAGE_SIZE;
885         unsigned long handle;
886         struct zpool *zpool;
887         char *buf;
888         gfp_t gfp;
889         u8 *dst;
890
891         acomp_ctx = raw_cpu_ptr(entry->pool->acomp_ctx);
892
893         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
894
895         dst = acomp_ctx->buffer;
896         sg_init_table(&input, 1);
897         sg_set_folio(&input, folio, PAGE_SIZE, 0);
898
899         /*
900          * We need PAGE_SIZE * 2 here since there maybe over-compression case,
901          * and hardware-accelerators may won't check the dst buffer size, so
902          * giving the dst buffer with enough length to avoid buffer overflow.
903          */
904         sg_init_one(&output, dst, PAGE_SIZE * 2);
905         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, PAGE_SIZE, dlen);
906
907         /*
908          * it maybe looks a little bit silly that we send an asynchronous request,
909          * then wait for its completion synchronously. This makes the process look
910          * synchronous in fact.
911          * Theoretically, acomp supports users send multiple acomp requests in one
912          * acomp instance, then get those requests done simultaneously. but in this
913          * case, zswap actually does store and load page by page, there is no
914          * existing method to send the second page before the first page is done
915          * in one thread doing zwap.
916          * but in different threads running on different cpu, we have different
917          * acomp instance, so multiple threads can do (de)compression in parallel.
918          */
919         comp_ret = crypto_wait_req(crypto_acomp_compress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait);
920         dlen = acomp_ctx->req->dlen;
921         if (comp_ret)
922                 goto unlock;
923
924         zpool = entry->pool->zpool;
925         gfp = __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | __GFP_KSWAPD_RECLAIM;
926         if (zpool_malloc_support_movable(zpool))
927                 gfp |= __GFP_HIGHMEM | __GFP_MOVABLE;
928         alloc_ret = zpool_malloc(zpool, dlen, gfp, &handle);
929         if (alloc_ret)
930                 goto unlock;
931
932         buf = zpool_map_handle(zpool, handle, ZPOOL_MM_WO);
933         memcpy(buf, dst, dlen);
934         zpool_unmap_handle(zpool, handle);
935
936         entry->handle = handle;
937         entry->length = dlen;
938
939 unlock:
940         if (comp_ret == -ENOSPC || alloc_ret == -ENOSPC)
941                 zswap_reject_compress_poor++;
942         else if (comp_ret)
943                 zswap_reject_compress_fail++;
944         else if (alloc_ret)
945                 zswap_reject_alloc_fail++;
946
947         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
948         return comp_ret == 0 && alloc_ret == 0;
949 }
950
951 static void zswap_decompress(struct zswap_entry *entry, struct folio *folio)
952 {
953         struct zpool *zpool = entry->pool->zpool;
954         struct scatterlist input, output;
955         struct crypto_acomp_ctx *acomp_ctx;
956         u8 *src;
957
958         acomp_ctx = raw_cpu_ptr(entry->pool->acomp_ctx);
959         mutex_lock(&acomp_ctx->mutex);
960
961         src = zpool_map_handle(zpool, entry->handle, ZPOOL_MM_RO);
962         /*
963          * If zpool_map_handle is atomic, we cannot reliably utilize its mapped buffer
964          * to do crypto_acomp_decompress() which might sleep. In such cases, we must
965          * resort to copying the buffer to a temporary one.
966          * Meanwhile, zpool_map_handle() might return a non-linearly mapped buffer,
967          * such as a kmap address of high memory or even ever a vmap address.
968          * However, sg_init_one is only equipped to handle linearly mapped low memory.
969          * In such cases, we also must copy the buffer to a temporary and lowmem one.
970          */
971         if ((acomp_ctx->is_sleepable && !zpool_can_sleep_mapped(zpool)) ||
972             !virt_addr_valid(src)) {
973                 memcpy(acomp_ctx->buffer, src, entry->length);
974                 src = acomp_ctx->buffer;
975                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
976         }
977
978         sg_init_one(&input, src, entry->length);
979         sg_init_table(&output, 1);
980         sg_set_folio(&output, folio, PAGE_SIZE, 0);
981         acomp_request_set_params(acomp_ctx->req, &input, &output, entry->length, PAGE_SIZE);
982         BUG_ON(crypto_wait_req(crypto_acomp_decompress(acomp_ctx->req), &acomp_ctx->wait));
983         BUG_ON(acomp_ctx->req->dlen != PAGE_SIZE);
984         mutex_unlock(&acomp_ctx->mutex);
985
986         if (src != acomp_ctx->buffer)
987                 zpool_unmap_handle(zpool, entry->handle);
988 }
989
990 /*********************************
991 * writeback code
992 **********************************/
993 /*
994  * Attempts to free an entry by adding a folio to the swap cache,
995  * decompressing the entry data into the folio, and issuing a
996  * bio write to write the folio back to the swap device.
997  *
998  * This can be thought of as a "resumed writeback" of the folio
999  * to the swap device.  We are basically resuming the same swap
1000  * writeback path that was intercepted with the zswap_store()
1001  * in the first place.  After the folio has been decompressed into
1002  * the swap cache, the compressed version stored by zswap can be
1003  * freed.
1004  */
1005 static int zswap_writeback_entry(struct zswap_entry *entry,
1006                                  swp_entry_t swpentry)
1007 {
1008         struct xarray *tree;
1009         pgoff_t offset = swp_offset(swpentry);
1010         struct folio *folio;
1011         struct mempolicy *mpol;
1012         bool folio_was_allocated;
1013         struct writeback_control wbc = {
1014                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1015         };
1016
1017         /* try to allocate swap cache folio */
1018         mpol = get_task_policy(current);
1019         folio = __read_swap_cache_async(swpentry, GFP_KERNEL, mpol,
1020                                 NO_INTERLEAVE_INDEX, &folio_was_allocated, true);
1021         if (!folio)
1022                 return -ENOMEM;
1023
1024         /*
1025          * Found an existing folio, we raced with swapin or concurrent
1026          * shrinker. We generally writeback cold folios from zswap, and
1027          * swapin means the folio just became hot, so skip this folio.
1028          * For unlikely concurrent shrinker case, it will be unlinked
1029          * and freed when invalidated by the concurrent shrinker anyway.
1030          */
1031         if (!folio_was_allocated) {
1032                 folio_put(folio);
1033                 return -EEXIST;
1034         }
1035
1036         /*
1037          * folio is locked, and the swapcache is now secured against
1038          * concurrent swapping to and from the slot, and concurrent
1039          * swapoff so we can safely dereference the zswap tree here.
1040          * Verify that the swap entry hasn't been invalidated and recycled
1041          * behind our backs, to avoid overwriting a new swap folio with
1042          * old compressed data. Only when this is successful can the entry
1043          * be dereferenced.
1044          */
1045         tree = swap_zswap_tree(swpentry);
1046         if (entry != xa_cmpxchg(tree, offset, entry, NULL, GFP_KERNEL)) {
1047                 delete_from_swap_cache(folio);
1048                 folio_unlock(folio);
1049                 folio_put(folio);
1050                 return -ENOMEM;
1051         }
1052
1053         zswap_decompress(entry, folio);
1054
1055         count_vm_event(ZSWPWB);
1056         if (entry->objcg)
1057                 count_objcg_event(entry->objcg, ZSWPWB);
1058
1059         zswap_entry_free(entry);
1060
1061         /* folio is up to date */
1062         folio_mark_uptodate(folio);
1063
1064         /* move it to the tail of the inactive list after end_writeback */
1065         folio_set_reclaim(folio);
1066
1067         /* start writeback */
1068         __swap_writepage(folio, &wbc);
1069         folio_put(folio);
1070
1071         return 0;
1072 }
1073
1074 /*********************************
1075 * shrinker functions
1076 **********************************/
1077 /*
1078  * The dynamic shrinker is modulated by the following factors:
1079  *
1080  * 1. Each zswap entry has a referenced bit, which the shrinker unsets (giving
1081  *    the entry a second chance) before rotating it in the LRU list. If the
1082  *    entry is considered again by the shrinker, with its referenced bit unset,
1083  *    it is written back. The writeback rate as a result is dynamically
1084  *    adjusted by the pool activities - if the pool is dominated by new entries
1085  *    (i.e lots of recent zswapouts), these entries will be protected and
1086  *    the writeback rate will slow down. On the other hand, if the pool has a
1087  *    lot of stagnant entries, these entries will be reclaimed immediately,
1088  *    effectively increasing the writeback rate.
1089  *
1090  * 2. Swapins counter: If we observe swapins, it is a sign that we are
1091  *    overshrinking and should slow down. We maintain a swapins counter, which
1092  *    is consumed and subtract from the number of eligible objects on the LRU
1093  *    in zswap_shrinker_count().
1094  *
1095  * 3. Compression ratio. The better the workload compresses, the less gains we
1096  *    can expect from writeback. We scale down the number of objects available
1097  *    for reclaim by this ratio.
1098  */
1099 static enum lru_status shrink_memcg_cb(struct list_head *item, struct list_lru_one *l,
1100                                        spinlock_t *lock, void *arg)
1101 {
1102         struct zswap_entry *entry = container_of(item, struct zswap_entry, lru);
1103         bool *encountered_page_in_swapcache = (bool *)arg;
1104         swp_entry_t swpentry;
1105         enum lru_status ret = LRU_REMOVED_RETRY;
1106         int writeback_result;
1107
1108         /*
1109          * Second chance algorithm: if the entry has its referenced bit set, give it
1110          * a second chance. Only clear the referenced bit and rotate it in the
1111          * zswap's LRU list.
1112          */
1113         if (entry->referenced) {
1114                 entry->referenced = false;
1115                 return LRU_ROTATE;
1116         }
1117
1118         /*
1119          * As soon as we drop the LRU lock, the entry can be freed by
1120          * a concurrent invalidation. This means the following:
1121          *
1122          * 1. We extract the swp_entry_t to the stack, allowing
1123          *    zswap_writeback_entry() to pin the swap entry and
1124          *    then validate the zwap entry against that swap entry's
1125          *    tree using pointer value comparison. Only when that
1126          *    is successful can the entry be dereferenced.
1127          *
1128          * 2. Usually, objects are taken off the LRU for reclaim. In
1129          *    this case this isn't possible, because if reclaim fails
1130          *    for whatever reason, we have no means of knowing if the
1131          *    entry is alive to put it back on the LRU.
1132          *
1133          *    So rotate it before dropping the lock. If the entry is
1134          *    written back or invalidated, the free path will unlink
1135          *    it. For failures, rotation is the right thing as well.
1136          *
1137          *    Temporary failures, where the same entry should be tried
1138          *    again immediately, almost never happen for this shrinker.
1139          *    We don't do any trylocking; -ENOMEM comes closest,
1140          *    but that's extremely rare and doesn't happen spuriously
1141          *    either. Don't bother distinguishing this case.
1142          */
1143         list_move_tail(item, &l->list);
1144
1145         /*
1146          * Once the lru lock is dropped, the entry might get freed. The
1147          * swpentry is copied to the stack, and entry isn't deref'd again
1148          * until the entry is verified to still be alive in the tree.
1149          */
1150         swpentry = entry->swpentry;
1151
1152         /*
1153          * It's safe to drop the lock here because we return either
1154          * LRU_REMOVED_RETRY or LRU_RETRY.
1155          */
1156         spin_unlock(lock);
1157
1158         writeback_result = zswap_writeback_entry(entry, swpentry);
1159
1160         if (writeback_result) {
1161                 zswap_reject_reclaim_fail++;
1162                 ret = LRU_RETRY;
1163
1164                 /*
1165                  * Encountering a page already in swap cache is a sign that we are shrinking
1166                  * into the warmer region. We should terminate shrinking (if we're in the dynamic
1167                  * shrinker context).
1168                  */
1169                 if (writeback_result == -EEXIST && encountered_page_in_swapcache) {
1170                         ret = LRU_STOP;
1171                         *encountered_page_in_swapcache = true;
1172                 }
1173         } else {
1174                 zswap_written_back_pages++;
1175         }
1176
1177         spin_lock(lock);
1178         return ret;
1179 }
1180
1181 static unsigned long zswap_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
1182                 struct shrink_control *sc)
1183 {
1184         unsigned long shrink_ret;
1185         bool encountered_page_in_swapcache = false;
1186
1187         if (!zswap_shrinker_enabled ||
1188                         !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(sc->memcg)) {
1189                 sc->nr_scanned = 0;
1190                 return SHRINK_STOP;
1191         }
1192
1193         shrink_ret = list_lru_shrink_walk(&zswap_list_lru, sc, &shrink_memcg_cb,
1194                 &encountered_page_in_swapcache);
1195
1196         if (encountered_page_in_swapcache)
1197                 return SHRINK_STOP;
1198
1199         return shrink_ret ? shrink_ret : SHRINK_STOP;
1200 }
1201
1202 static unsigned long zswap_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
1203                 struct shrink_control *sc)
1204 {
1205         struct mem_cgroup *memcg = sc->memcg;
1206         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, NODE_DATA(sc->nid));
1207         atomic_long_t *nr_disk_swapins =
1208                 &lruvec->zswap_lruvec_state.nr_disk_swapins;
1209         unsigned long nr_backing, nr_stored, nr_freeable, nr_disk_swapins_cur,
1210                 nr_remain;
1211
1212         if (!zswap_shrinker_enabled || !mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1213                 return 0;
1214
1215         /*
1216          * The shrinker resumes swap writeback, which will enter block
1217          * and may enter fs. XXX: Harmonize with vmscan.c __GFP_FS
1218          * rules (may_enter_fs()), which apply on a per-folio basis.
1219          */
1220         if (!gfp_has_io_fs(sc->gfp_mask))
1221                 return 0;
1222
1223         /*
1224          * For memcg, use the cgroup-wide ZSWAP stats since we don't
1225          * have them per-node and thus per-lruvec. Careful if memcg is
1226          * runtime-disabled: we can get sc->memcg == NULL, which is ok
1227          * for the lruvec, but not for memcg_page_state().
1228          *
1229          * Without memcg, use the zswap pool-wide metrics.
1230          */
1231         if (!mem_cgroup_disabled()) {
1232                 mem_cgroup_flush_stats(memcg);
1233                 nr_backing = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAP_B) >> PAGE_SHIFT;
1234                 nr_stored = memcg_page_state(memcg, MEMCG_ZSWAPPED);
1235         } else {
1236                 nr_backing = zswap_total_pages();
1237                 nr_stored = atomic_read(&zswap_stored_pages);
1238         }
1239
1240         if (!nr_stored)
1241                 return 0;
1242
1243         nr_freeable = list_lru_shrink_count(&zswap_list_lru, sc);
1244         if (!nr_freeable)
1245                 return 0;
1246
1247         /*
1248          * Subtract from the lru size the number of pages that are recently swapped
1249          * in from disk. The idea is that had we protect the zswap's LRU by this
1250          * amount of pages, these disk swapins would not have happened.
1251          */
1252         nr_disk_swapins_cur = atomic_long_read(nr_disk_swapins);
1253         do {
1254                 if (nr_freeable >= nr_disk_swapins_cur)
1255                         nr_remain = 0;
1256                 else
1257                         nr_remain = nr_disk_swapins_cur - nr_freeable;
1258         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(
1259                 nr_disk_swapins, &nr_disk_swapins_cur, nr_remain));
1260
1261         nr_freeable -= nr_disk_swapins_cur - nr_remain;
1262         if (!nr_freeable)
1263                 return 0;
1264
1265         /*
1266          * Scale the number of freeable pages by the memory saving factor.
1267          * This ensures that the better zswap compresses memory, the fewer
1268          * pages we will evict to swap (as it will otherwise incur IO for
1269          * relatively small memory saving).
1270          */
1271         return mult_frac(nr_freeable, nr_backing, nr_stored);
1272 }
1273
1274 static struct shrinker *zswap_alloc_shrinker(void)
1275 {
1276         struct shrinker *shrinker;
1277
1278         shrinker =
1279                 shrinker_alloc(SHRINKER_NUMA_AWARE | SHRINKER_MEMCG_AWARE, "mm-zswap");
1280         if (!shrinker)
1281                 return NULL;
1282
1283         shrinker->scan_objects = zswap_shrinker_scan;
1284         shrinker->count_objects = zswap_shrinker_count;
1285         shrinker->batch = 0;
1286         shrinker->seeks = DEFAULT_SEEKS;
1287         return shrinker;
1288 }
1289
1290 static int shrink_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
1291 {
1292         int nid, shrunk = 0, scanned = 0;
1293
1294         if (!mem_cgroup_zswap_writeback_enabled(memcg))
1295                 return -ENOENT;
1296
1297         /*
1298          * Skip zombies because their LRUs are reparented and we would be
1299          * reclaiming from the parent instead of the dead memcg.
1300          */
1301         if (memcg && !mem_cgroup_online(memcg))
1302                 return -ENOENT;
1303
1304         for_each_node_state(nid, N_NORMAL_MEMORY) {
1305                 unsigned long nr_to_walk = 1;
1306
1307                 shrunk += list_lru_walk_one(&zswap_list_lru, nid, memcg,
1308                                             &shrink_memcg_cb, NULL, &nr_to_walk);
1309                 scanned += 1 - nr_to_walk;
1310         }
1311
1312         if (!scanned)
1313                 return -ENOENT;
1314
1315         return shrunk ? 0 : -EAGAIN;
1316 }
1317
1318 static void shrink_worker(struct work_struct *w)
1319 {
1320         struct mem_cgroup *memcg;
1321         int ret, failures = 0, attempts = 0;
1322         unsigned long thr;
1323
1324         /* Reclaim down to the accept threshold */
1325         thr = zswap_accept_thr_pages();
1326
1327         /*
1328          * Global reclaim will select cgroup in a round-robin fashion from all
1329          * online memcgs, but memcgs that have no pages in zswap and
1330          * writeback-disabled memcgs (memory.zswap.writeback=0) are not
1331          * candidates for shrinking.
1332          *
1333          * Shrinking will be aborted if we encounter the following
1334          * MAX_RECLAIM_RETRIES times:
1335          * - No writeback-candidate memcgs found in a memcg tree walk.
1336          * - Shrinking a writeback-candidate memcg failed.
1337          *
1338          * We save iteration cursor memcg into zswap_next_shrink,
1339          * which can be modified by the offline memcg cleaner
1340          * zswap_memcg_offline_cleanup().
1341          *
1342          * Since the offline cleaner is called only once, we cannot leave an
1343          * offline memcg reference in zswap_next_shrink.
1344          * We can rely on the cleaner only if we get online memcg under lock.
1345          *
1346          * If we get an offline memcg, we cannot determine if the cleaner has
1347          * already been called or will be called later. We must put back the
1348          * reference before returning from this function. Otherwise, the
1349          * offline memcg left in zswap_next_shrink will hold the reference
1350          * until the next run of shrink_worker().
1351          */
1352         do {
1353                 /*
1354                  * Start shrinking from the next memcg after zswap_next_shrink.
1355                  * When the offline cleaner has already advanced the cursor,
1356                  * advancing the cursor here overlooks one memcg, but this
1357                  * should be negligibly rare.
1358                  *
1359                  * If we get an online memcg, keep the extra reference in case
1360                  * the original one obtained by mem_cgroup_iter() is dropped by
1361                  * zswap_memcg_offline_cleanup() while we are shrinking the
1362                  * memcg.
1363                  */
1364                 spin_lock(&zswap_shrink_lock);
1365                 do {
1366                         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, zswap_next_shrink, NULL);
1367                         zswap_next_shrink = memcg;
1368                 } while (memcg && !mem_cgroup_tryget_online(memcg));
1369                 spin_unlock(&zswap_shrink_lock);
1370
1371                 if (!memcg) {
1372                         /*
1373                          * Continue shrinking without incrementing failures if
1374                          * we found candidate memcgs in the last tree walk.
1375                          */
1376                         if (!attempts && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1377                                 break;
1378
1379                         attempts = 0;
1380                         goto resched;
1381                 }
1382
1383                 ret = shrink_memcg(memcg);
1384                 /* drop the extra reference */
1385                 mem_cgroup_put(memcg);
1386
1387                 /*
1388                  * There are no writeback-candidate pages in the memcg.
1389                  * This is not an issue as long as we can find another memcg
1390                  * with pages in zswap. Skip this without incrementing attempts
1391                  * and failures.
1392                  */
1393                 if (ret == -ENOENT)
1394                         continue;
1395                 ++attempts;
1396
1397                 if (ret && ++failures == MAX_RECLAIM_RETRIES)
1398                         break;
1399 resched:
1400                 cond_resched();
1401         } while (zswap_total_pages() > thr);
1402 }
1403
1404 /*********************************
1405 * main API
1406 **********************************/
1407 bool zswap_store(struct folio *folio)
1408 {
1409         swp_entry_t swp = folio->swap;
1410         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1411         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1412         struct zswap_entry *entry, *old;
1413         struct obj_cgroup *objcg = NULL;
1414         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1415
1416         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1417         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_swapcache(folio));
1418
1419         /* Large folios aren't supported */
1420         if (folio_test_large(folio))
1421                 return false;
1422
1423         if (!zswap_enabled)
1424                 goto check_old;
1425
1426         /* Check cgroup limits */
1427         objcg = get_obj_cgroup_from_folio(folio);
1428         if (objcg && !obj_cgroup_may_zswap(objcg)) {
1429                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1430                 if (shrink_memcg(memcg)) {
1431                         mem_cgroup_put(memcg);
1432                         goto reject;
1433                 }
1434                 mem_cgroup_put(memcg);
1435         }
1436
1437         if (zswap_check_limits())
1438                 goto reject;
1439
1440         /* allocate entry */
1441         entry = zswap_entry_cache_alloc(GFP_KERNEL, folio_nid(folio));
1442         if (!entry) {
1443                 zswap_reject_kmemcache_fail++;
1444                 goto reject;
1445         }
1446
1447         /* if entry is successfully added, it keeps the reference */
1448         entry->pool = zswap_pool_current_get();
1449         if (!entry->pool)
1450                 goto freepage;
1451
1452         if (objcg) {
1453                 memcg = get_mem_cgroup_from_objcg(objcg);
1454                 if (memcg_list_lru_alloc(memcg, &zswap_list_lru, GFP_KERNEL)) {
1455                         mem_cgroup_put(memcg);
1456                         goto put_pool;
1457                 }
1458                 mem_cgroup_put(memcg);
1459         }
1460
1461         if (!zswap_compress(folio, entry))
1462                 goto put_pool;
1463
1464         entry->swpentry = swp;
1465         entry->objcg = objcg;
1466         entry->referenced = true;
1467
1468         old = xa_store(tree, offset, entry, GFP_KERNEL);
1469         if (xa_is_err(old)) {
1470                 int err = xa_err(old);
1471
1472                 WARN_ONCE(err != -ENOMEM, "unexpected xarray error: %d\n", err);
1473                 zswap_reject_alloc_fail++;
1474                 goto store_failed;
1475         }
1476
1477         /*
1478          * We may have had an existing entry that became stale when
1479          * the folio was redirtied and now the new version is being
1480          * swapped out. Get rid of the old.
1481          */
1482         if (old)
1483                 zswap_entry_free(old);
1484
1485         if (objcg) {
1486                 obj_cgroup_charge_zswap(objcg, entry->length);
1487                 count_objcg_event(objcg, ZSWPOUT);
1488         }
1489
1490         /*
1491          * We finish initializing the entry while it's already in xarray.
1492          * This is safe because:
1493          *
1494          * 1. Concurrent stores and invalidations are excluded by folio lock.
1495          *
1496          * 2. Writeback is excluded by the entry not being on the LRU yet.
1497          *    The publishing order matters to prevent writeback from seeing
1498          *    an incoherent entry.
1499          */
1500         if (entry->length) {
1501                 INIT_LIST_HEAD(&entry->lru);
1502                 zswap_lru_add(&zswap_list_lru, entry);
1503         }
1504
1505         /* update stats */
1506         atomic_inc(&zswap_stored_pages);
1507         count_vm_event(ZSWPOUT);
1508
1509         return true;
1510
1511 store_failed:
1512         zpool_free(entry->pool->zpool, entry->handle);
1513 put_pool:
1514         zswap_pool_put(entry->pool);
1515 freepage:
1516         zswap_entry_cache_free(entry);
1517 reject:
1518         obj_cgroup_put(objcg);
1519         if (zswap_pool_reached_full)
1520                 queue_work(shrink_wq, &zswap_shrink_work);
1521 check_old:
1522         /*
1523          * If the zswap store fails or zswap is disabled, we must invalidate the
1524          * possibly stale entry which was previously stored at this offset.
1525          * Otherwise, writeback could overwrite the new data in the swapfile.
1526          */
1527         entry = xa_erase(tree, offset);
1528         if (entry)
1529                 zswap_entry_free(entry);
1530         return false;
1531 }
1532
1533 bool zswap_load(struct folio *folio)
1534 {
1535         swp_entry_t swp = folio->swap;
1536         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1537         bool swapcache = folio_test_swapcache(folio);
1538         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1539         struct zswap_entry *entry;
1540
1541         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1542
1543         if (zswap_never_enabled())
1544                 return false;
1545
1546         /*
1547          * Large folios should not be swapped in while zswap is being used, as
1548          * they are not properly handled. Zswap does not properly load large
1549          * folios, and a large folio may only be partially in zswap.
1550          *
1551          * Return true without marking the folio uptodate so that an IO error is
1552          * emitted (e.g. do_swap_page() will sigbus).
1553          */
1554         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_large(folio)))
1555                 return true;
1556
1557         /*
1558          * When reading into the swapcache, invalidate our entry. The
1559          * swapcache can be the authoritative owner of the page and
1560          * its mappings, and the pressure that results from having two
1561          * in-memory copies outweighs any benefits of caching the
1562          * compression work.
1563          *
1564          * (Most swapins go through the swapcache. The notable
1565          * exception is the singleton fault on SWP_SYNCHRONOUS_IO
1566          * files, which reads into a private page and may free it if
1567          * the fault fails. We remain the primary owner of the entry.)
1568          */
1569         if (swapcache)
1570                 entry = xa_erase(tree, offset);
1571         else
1572                 entry = xa_load(tree, offset);
1573
1574         if (!entry)
1575                 return false;
1576
1577         zswap_decompress(entry, folio);
1578
1579         count_vm_event(ZSWPIN);
1580         if (entry->objcg)
1581                 count_objcg_event(entry->objcg, ZSWPIN);
1582
1583         if (swapcache) {
1584                 zswap_entry_free(entry);
1585                 folio_mark_dirty(folio);
1586         }
1587
1588         folio_mark_uptodate(folio);
1589         return true;
1590 }
1591
1592 void zswap_invalidate(swp_entry_t swp)
1593 {
1594         pgoff_t offset = swp_offset(swp);
1595         struct xarray *tree = swap_zswap_tree(swp);
1596         struct zswap_entry *entry;
1597
1598         entry = xa_erase(tree, offset);
1599         if (entry)
1600                 zswap_entry_free(entry);
1601 }
1602
1603 int zswap_swapon(int type, unsigned long nr_pages)
1604 {
1605         struct xarray *trees, *tree;
1606         unsigned int nr, i;
1607
1608         nr = DIV_ROUND_UP(nr_pages, SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES);
1609         trees = kvcalloc(nr, sizeof(*tree), GFP_KERNEL);
1610         if (!trees) {
1611                 pr_err("alloc failed, zswap disabled for swap type %d\n", type);
1612                 return -ENOMEM;
1613         }
1614
1615         for (i = 0; i < nr; i++)
1616                 xa_init(trees + i);
1617
1618         nr_zswap_trees[type] = nr;
1619         zswap_trees[type] = trees;
1620         return 0;
1621 }
1622
1623 void zswap_swapoff(int type)
1624 {
1625         struct xarray *trees = zswap_trees[type];
1626         unsigned int i;
1627
1628         if (!trees)
1629                 return;
1630
1631         /* try_to_unuse() invalidated all the entries already */
1632         for (i = 0; i < nr_zswap_trees[type]; i++)
1633                 WARN_ON_ONCE(!xa_empty(trees + i));
1634
1635         kvfree(trees);
1636         nr_zswap_trees[type] = 0;
1637         zswap_trees[type] = NULL;
1638 }
1639
1640 /*********************************
1641 * debugfs functions
1642 **********************************/
1643 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
1644 #include <linux/debugfs.h>
1645
1646 static struct dentry *zswap_debugfs_root;
1647
1648 static int debugfs_get_total_size(void *data, u64 *val)
1649 {
1650         *val = zswap_total_pages() * PAGE_SIZE;
1651         return 0;
1652 }
1653 DEFINE_DEBUGFS_ATTRIBUTE(total_size_fops, debugfs_get_total_size, NULL, "%llu\n");
1654
1655 static int zswap_debugfs_init(void)
1656 {
1657         if (!debugfs_initialized())
1658                 return -ENODEV;
1659
1660         zswap_debugfs_root = debugfs_create_dir("zswap", NULL);
1661
1662         debugfs_create_u64("pool_limit_hit", 0444,
1663                            zswap_debugfs_root, &zswap_pool_limit_hit);
1664         debugfs_create_u64("reject_reclaim_fail", 0444,
1665                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_reclaim_fail);
1666         debugfs_create_u64("reject_alloc_fail", 0444,
1667                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_alloc_fail);
1668         debugfs_create_u64("reject_kmemcache_fail", 0444,
1669                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_kmemcache_fail);
1670         debugfs_create_u64("reject_compress_fail", 0444,
1671                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_fail);
1672         debugfs_create_u64("reject_compress_poor", 0444,
1673                            zswap_debugfs_root, &zswap_reject_compress_poor);
1674         debugfs_create_u64("written_back_pages", 0444,
1675                            zswap_debugfs_root, &zswap_written_back_pages);
1676         debugfs_create_file("pool_total_size", 0444,
1677                             zswap_debugfs_root, NULL, &total_size_fops);
1678         debugfs_create_atomic_t("stored_pages", 0444,
1679                                 zswap_debugfs_root, &zswap_stored_pages);
1680
1681         return 0;
1682 }
1683 #else
1684 static int zswap_debugfs_init(void)
1685 {
1686         return 0;
1687 }
1688 #endif
1689
1690 /*********************************
1691 * module init and exit
1692 **********************************/
1693 static int zswap_setup(void)
1694 {
1695         struct zswap_pool *pool;
1696         int ret;
1697
1698         zswap_entry_cache = KMEM_CACHE(zswap_entry, 0);
1699         if (!zswap_entry_cache) {
1700                 pr_err("entry cache creation failed\n");
1701                 goto cache_fail;
1702         }
1703
1704         ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE,
1705                                       "mm/zswap_pool:prepare",
1706                                       zswap_cpu_comp_prepare,
1707                                       zswap_cpu_comp_dead);
1708         if (ret)
1709                 goto hp_fail;
1710
1711         shrink_wq = alloc_workqueue("zswap-shrink",
1712                         WQ_UNBOUND|WQ_MEM_RECLAIM, 1);
1713         if (!shrink_wq)
1714                 goto shrink_wq_fail;
1715
1716         zswap_shrinker = zswap_alloc_shrinker();
1717         if (!zswap_shrinker)
1718                 goto shrinker_fail;
1719         if (list_lru_init_memcg(&zswap_list_lru, zswap_shrinker))
1720                 goto lru_fail;
1721         shrinker_register(zswap_shrinker);
1722
1723         INIT_WORK(&zswap_shrink_work, shrink_worker);
1724
1725         pool = __zswap_pool_create_fallback();
1726         if (pool) {
1727                 pr_info("loaded using pool %s/%s\n", pool->tfm_name,
1728                         zpool_get_type(pool->zpool));
1729                 list_add(&pool->list, &zswap_pools);
1730                 zswap_has_pool = true;
1731                 static_branch_enable(&zswap_ever_enabled);
1732         } else {
1733                 pr_err("pool creation failed\n");
1734                 zswap_enabled = false;
1735         }
1736
1737         if (zswap_debugfs_init())
1738                 pr_warn("debugfs initialization failed\n");
1739         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_SUCCEED;
1740         return 0;
1741
1742 lru_fail:
1743         shrinker_free(zswap_shrinker);
1744 shrinker_fail:
1745         destroy_workqueue(shrink_wq);
1746 shrink_wq_fail:
1747         cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_MM_ZSWP_POOL_PREPARE);
1748 hp_fail:
1749         kmem_cache_destroy(zswap_entry_cache);
1750 cache_fail:
1751         /* if built-in, we aren't unloaded on failure; don't allow use */
1752         zswap_init_state = ZSWAP_INIT_FAILED;
1753         zswap_enabled = false;
1754         return -ENOMEM;
1755 }
1756
1757 static int __init zswap_init(void)
1758 {
1759         if (!zswap_enabled)
1760                 return 0;
1761         return zswap_setup();
1762 }
1763 /* must be late so crypto has time to come up */
1764 late_initcall(zswap_init);
1765
1766 MODULE_AUTHOR("Seth Jennings <sjennings@variantweb.net>");
1767 MODULE_DESCRIPTION("Compressed cache for swap pages");