mm/compaction.c

   1 /*
   2  * linux/mm/compaction.c
   3  *
   4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
   5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
   6  * lifting
   7  *
   8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
   9  */
  10 #include <linux/swap.h>
  11 #include <linux/migrate.h>
  12 #include <linux/compaction.h>
  13 #include <linux/mm_inline.h>
  14 #include <linux/backing-dev.h>
  15 #include <linux/sysctl.h>
  16 #include <linux/sysfs.h>
  17 #include <linux/balloon_compaction.h>
  18 #include <linux/page-isolation.h>
  19 #include "internal.h"
  20
  21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
  23 {
  24         count_vm_event(item);
  25 }
  26
  27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
  28 {
  29         count_vm_events(item, delta);
  30 }
  31 #else
  32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
  33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
  34 #endif
  35
  36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  37
  38 #define CREATE_TRACE_POINTS
  39 #include <trace/events/compaction.h>
  40
  41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  42 {
  43         struct page *page, *next;
  44         unsigned long count = 0;
  45
  46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  47                 list_del(&page->lru);
  48                 __free_page(page);
  49                 count++;
  50         }
  51
  52         return count;
  53 }
  54
  55 static void map_pages(struct list_head *list)
  56 {
  57         struct page *page;
  58
  59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  60                 arch_alloc_page(page, 0);
  61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  62         }
  63 }
  64
  65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  66 {
  67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  68 }
  69
  70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  73                                         struct page *page)
  74 {
  75         if (cc->ignore_skip_hint)
  76                 return true;
  77
  78         return !get_pageblock_skip(page);
  79 }
  80
  81 /*
  82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  84  * meet.
  85  */
  86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  87 {
  88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
  90         unsigned long pfn;
  91
  92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  94         zone->compact_blockskip_flush = false;
  95
  96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  98                 struct page *page;
  99
 100                 cond_resched();
 101
 102                 if (!pfn_valid(pfn))
 103                         continue;
 104
 105                 page = pfn_to_page(pfn);
 106                 if (zone != page_zone(page))
 107                         continue;
 108
 109                 clear_pageblock_skip(page);
 110         }
 111 }
 112
 113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 114 {
 115         int zoneid;
 116
 117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 119                 if (!populated_zone(zone))
 120                         continue;
 121
 122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 124                         __reset_isolation_suitable(zone);
 125         }
 126 }
 127
 128 /*
 129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 131  */
 132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 134                         bool migrate_scanner)
 135 {
 136         struct zone *zone = cc->zone;
 137         if (!page)
 138                 return;
 139
 140         if (!nr_isolated) {
 141                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 142                 set_pageblock_skip(page);
 143
 144                 /* Update where compaction should restart */
 145                 if (migrate_scanner) {
 146                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 147                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 148                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 149                 } else {
 150                         if (!cc->finished_update_free &&
 151                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 152                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 153                 }
 154         }
 155 }
 156 #else
 157 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 158                                         struct page *page)
 159 {
 160         return true;
 161 }
 162
 163 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 164                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 165                         bool migrate_scanner)
 166 {
 167 }
 168 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 169
 170 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 171 {
 172         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 177  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 178  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 179  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 180  *
 181  * Returns true if the lock is held.
 182  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 183  */
 184 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 185                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 186 {
 187         if (should_release_lock(lock)) {
 188                 if (locked) {
 189                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 190                         locked = false;
 191                 }
 192
 193                 /* async aborts if taking too long or contended */
 194                 if (!cc->sync) {
 195                         cc->contended = true;
 196                         return false;
 197                 }
 198
 199                 cond_resched();
 200         }
 201
 202         if (!locked)
 203                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 204         return true;
 205 }
 206
 207 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 208                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 209 {
 210         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 211 }
 212
 213 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 214 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 215 {
 216         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 217
 218         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 219         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 220                 return false;
 221
 222         if (is_migrate_isolate(migratetype))
 223                 return false;
 224
 225         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 226         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 227                 return true;
 228
 229         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 230         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 231                 return true;
 232
 233         /* Otherwise skip the block */
 234         return false;
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 239  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 240  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 241  * some pages).
 242  */
 243 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 244                                 unsigned long blockpfn,
 245                                 unsigned long end_pfn,
 246                                 struct list_head *freelist,
 247                                 bool strict)
 248 {
 249         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 250         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 251         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 252         unsigned long flags;
 253         bool locked = false;
 254
 255         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 256
 257         /* Isolate free pages. */
 258         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 259                 int isolated, i;
 260                 struct page *page = cursor;
 261
 262                 nr_scanned++;
 263                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 264                         continue;
 265                 if (!valid_page)
 266                         valid_page = page;
 267                 if (!PageBuddy(page))
 268                         continue;
 269
 270                 /*
 271                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 272                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 273                  * heavily contended if there are parallel allocations
 274                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 275                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 276                  * possible.
 277                  */
 278                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 279                                                                 locked, cc);
 280                 if (!locked)
 281                         break;
 282
 283                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 284                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 285                         break;
 286
 287                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 288                 if (!PageBuddy(page))
 289                         continue;
 290
 291                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 292                 isolated = split_free_page(page);
 293                 if (!isolated && strict)
 294                         break;
 295                 total_isolated += isolated;
 296                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 297                         list_add(&page->lru, freelist);
 298                         page++;
 299                 }
 300
 301                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 302                 if (isolated) {
 303                         blockpfn += isolated - 1;
 304                         cursor += isolated - 1;
 305                 }
 306         }
 307
 308         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 309
 310         /*
 311          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 312          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 313          * returned and CMA will fail.
 314          */
 315         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
 316                 total_isolated = 0;
 317
 318         if (locked)
 319                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 320
 321         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 322         if (blockpfn == end_pfn)
 323                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 324
 325         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 326         if (total_isolated)
 327                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 328         return total_isolated;
 329 }
 330
 331 /**
 332  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 333  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 334  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 335  *
 336  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 337  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 338  * undo its actions and return zero.
 339  *
 340  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 341  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 342  * a free page).
 343  */
 344 unsigned long
 345 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 346                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 347 {
 348         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 349         LIST_HEAD(freelist);
 350
 351         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 352                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 353                         break;
 354
 355                 /*
 356                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 357                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 358                  */
 359                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 360                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 361
 362                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 363                                                    &freelist, true);
 364
 365                 /*
 366                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 367                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 368                  * non-free pages).
 369                  */
 370                 if (!isolated)
 371                         break;
 372
 373                 /*
 374                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 375                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 376                  * page may span two pageblocks).
 377                  */
 378         }
 379
 380         /* split_free_page does not map the pages */
 381         map_pages(&freelist);
 382
 383         if (pfn < end_pfn) {
 384                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 385                 release_freepages(&freelist);
 386                 return 0;
 387         }
 388
 389         /* We don't use freelists for anything. */
 390         return pfn;
 391 }
 392
 393 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 394 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 395 {
 396         struct page *page;
 397         unsigned int count[2] = { 0, };
 398
 399         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 400                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 401
 402         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 403         if (locked) {
 404                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 405                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 406         } else {
 407                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 408                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 409         }
 410 }
 411
 412 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 413 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 414 {
 415         unsigned long active, inactive, isolated;
 416
 417         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 418                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 419         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 420                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 421         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 422                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 423
 424         return isolated > (inactive + active) / 2;
 425 }
 426
 427 /**
 428  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 429  * @zone:       Zone pages are in.
 430  * @cc:         Compaction control structure.
 431  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 432  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 433  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 434  *
 435  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 436  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 437  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 438  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 439  *
 440  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 441  * zero.
 442  *
 443  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 444  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 445  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 446  */
 447 unsigned long
 448 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 449                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 450 {
 451         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 452         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 453         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 454         isolate_mode_t mode = 0;
 455         struct lruvec *lruvec;
 456         unsigned long flags;
 457         bool locked = false;
 458         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 459
 460         /*
 461          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 462          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 463          * delay for some time until fewer pages are isolated
 464          */
 465         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 466                 /* async migration should just abort */
 467                 if (!cc->sync)
 468                         return 0;
 469
 470                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 471
 472                 if (fatal_signal_pending(current))
 473                         return 0;
 474         }
 475
 476         /* Time to isolate some pages for migration */
 477         cond_resched();
 478         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 479                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 480                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 481                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 482                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 483                                 locked = false;
 484                         }
 485                 }
 486
 487                 /*
 488                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 489                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 490                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 491                  * memory holes within the zone
 492                  */
 493                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 494                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 495                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 496                                 continue;
 497                         }
 498                 }
 499
 500                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 501                         continue;
 502                 nr_scanned++;
 503
 504                 /*
 505                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 506                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 507                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 508                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 509                  */
 510                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 511                 if (page_zone(page) != zone)
 512                         continue;
 513
 514                 if (!valid_page)
 515                         valid_page = page;
 516
 517                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 518                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 519                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 520                         goto next_pageblock;
 521
 522                 /* Skip if free */
 523                 if (PageBuddy(page))
 524                         continue;
 525
 526                 /*
 527                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 528                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 529                  * satisfies the allocation
 530                  */
 531                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 532                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 533                         cc->finished_update_migrate = true;
 534                         goto next_pageblock;
 535                 }
 536
 537                 /*
 538                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 539                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 540                  * Skip any other type of page
 541                  */
 542                 if (!PageLRU(page)) {
 543                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 544                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 545                                         /* Successfully isolated */
 546                                         cc->finished_update_migrate = true;
 547                                         list_add(&page->lru, migratelist);
 548                                         cc->nr_migratepages++;
 549                                         nr_isolated++;
 550                                         goto check_compact_cluster;
 551                                 }
 552                         }
 553                         continue;
 554                 }
 555
 556                 /*
 557                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 558                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 559                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 560                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 561                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 562                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 563                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 564                  * page underneath us may return surprising results.
 565                  */
 566                 if (PageTransHuge(page)) {
 567                         if (!locked)
 568                                 goto next_pageblock;
 569                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 570                         continue;
 571                 }
 572
 573                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 574                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 575                                                                 locked, cc);
 576                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 577                         break;
 578
 579                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 580                 if (!PageLRU(page))
 581                         continue;
 582                 if (PageTransHuge(page)) {
 583                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 584                         continue;
 585                 }
 586
 587                 if (!cc->sync)
 588                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 589
 590                 if (unevictable)
 591                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 592
 593                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 594
 595                 /* Try isolate the page */
 596                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 597                         continue;
 598
 599                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 600
 601                 /* Successfully isolated */
 602                 cc->finished_update_migrate = true;
 603                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 604                 list_add(&page->lru, migratelist);
 605                 cc->nr_migratepages++;
 606                 nr_isolated++;
 607
 608 check_compact_cluster:
 609                 /* Avoid isolating too much */
 610                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 611                         ++low_pfn;
 612                         break;
 613                 }
 614
 615                 continue;
 616
 617 next_pageblock:
 618                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 619                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 620         }
 621
 622         acct_isolated(zone, locked, cc);
 623
 624         if (locked)
 625                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 626
 627         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 628         if (low_pfn == end_pfn)
 629                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 630
 631         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 632
 633         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 634         if (nr_isolated)
 635                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 636
 637         return low_pfn;
 638 }
 639
 640 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 641 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 642 /*
 643  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 644  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 645  */
 646 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 647                                 struct compact_control *cc)
 648 {
 649         struct page *page;
 650         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn, end_pfn;
 651         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 652         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 653
 654         /*
 655          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 656          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 657          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 658          */
 659         pfn = cc->free_pfn;
 660         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 661
 662         /*
 663          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 664          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 665          * in the next isolation cycle.
 666          */
 667         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 668
 669         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 670
 671         /*
 672          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 673          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 674          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 675          */
 676         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 677                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 678                 unsigned long isolated;
 679
 680                 if (!pfn_valid(pfn))
 681                         continue;
 682
 683                 /*
 684                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 685                  * configurations to have a setup like
 686                  * node0 node1 node0
 687                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 688                  * pages do not belong to a single zone.
 689                  */
 690                 page = pfn_to_page(pfn);
 691                 if (page_zone(page) != zone)
 692                         continue;
 693
 694                 /* Check the block is suitable for migration */
 695                 if (!suitable_migration_target(page))
 696                         continue;
 697
 698                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 699                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 700                         continue;
 701
 702                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 703                 isolated = 0;
 704
 705                 /*
 706                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
 707                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
 708                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
 709                  * only scans within a pageblock
 710                  */
 711                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 712                 end_pfn = min(end_pfn, z_end_pfn);
 713                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 714                                                    freelist, false);
 715                 nr_freepages += isolated;
 716
 717                 /*
 718                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 719                  * looking for free pages, the search will restart here as
 720                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 721                  */
 722                 if (isolated) {
 723                         cc->finished_update_free = true;
 724                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 725                 }
 726         }
 727
 728         /* split_free_page does not map the pages */
 729         map_pages(freelist);
 730
 731         cc->free_pfn = high_pfn;
 732         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 733 }
 734
 735 /*
 736  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 737  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 738  */
 739 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 740                                         unsigned long data,
 741                                         int **result)
 742 {
 743         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 744         struct page *freepage;
 745
 746         /* Isolate free pages if necessary */
 747         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 748                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 749
 750                 if (list_empty(&cc->freepages))
 751                         return NULL;
 752         }
 753
 754         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 755         list_del(&freepage->lru);
 756         cc->nr_freepages--;
 757
 758         return freepage;
 759 }
 760
 761 /*
 762  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 763  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 764  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 765  */
 766 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 767 {
 768         int nr_migratepages = 0;
 769         int nr_freepages = 0;
 770         struct page *page;
 771
 772         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 773                 nr_migratepages++;
 774         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 775                 nr_freepages++;
 776
 777         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 778         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 779 }
 780
 781 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 782 typedef enum {
 783         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 784         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 785         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 786 } isolate_migrate_t;
 787
 788 /*
 789  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 790  * the migrate scanner within compact_control.
 791  */
 792 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 793                                         struct compact_control *cc)
 794 {
 795         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 796
 797         /* Do not scan outside zone boundaries */
 798         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 799
 800         /* Only scan within a pageblock boundary */
 801         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 802
 803         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 804         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 805                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 806                 return ISOLATE_NONE;
 807         }
 808
 809         /* Perform the isolation */
 810         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 811         if (!low_pfn || cc->contended)
 812                 return ISOLATE_ABORT;
 813
 814         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 815
 816         return ISOLATE_SUCCESS;
 817 }
 818
 819 static int compact_finished(struct zone *zone,
 820                             struct compact_control *cc)
 821 {
 822         unsigned int order;
 823         unsigned long watermark;
 824
 825         if (fatal_signal_pending(current))
 826                 return COMPACT_PARTIAL;
 827
 828         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 829         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 830                 /*
 831                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 832                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 833                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 834                  * based on an allocation request.
 835                  */
 836                 if (!current_is_kswapd())
 837                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 838
 839                 return COMPACT_COMPLETE;
 840         }
 841
 842         /*
 843          * order == -1 is expected when compacting via
 844          * /proc/sys/vm/compact_memory
 845          */
 846         if (cc->order == -1)
 847                 return COMPACT_CONTINUE;
 848
 849         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 850         watermark = low_wmark_pages(zone);
 851         watermark += (1 << cc->order);
 852
 853         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 854                 return COMPACT_CONTINUE;
 855
 856         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 857         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 858                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 859
 860                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 861                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 862                         return COMPACT_PARTIAL;
 863
 864                 /* Job done if allocation would set block type */
 865                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 866                         return COMPACT_PARTIAL;
 867         }
 868
 869         return COMPACT_CONTINUE;
 870 }
 871
 872 /*
 873  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 874  * Returns
 875  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 876  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 877  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 878  */
 879 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 880 {
 881         int fragindex;
 882         unsigned long watermark;
 883
 884         /*
 885          * order == -1 is expected when compacting via
 886          * /proc/sys/vm/compact_memory
 887          */
 888         if (order == -1)
 889                 return COMPACT_CONTINUE;
 890
 891         /*
 892          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 893          * This is because during migration, copies of pages need to be
 894          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 895          */
 896         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 897         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 898                 return COMPACT_SKIPPED;
 899
 900         /*
 901          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 902          * low memory or external fragmentation
 903          *
 904          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 905          * watermarks
 906          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 907          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 908          *
 909          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 910          */
 911         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 912         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 913                 return COMPACT_SKIPPED;
 914
 915         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 916             0, 0))
 917                 return COMPACT_PARTIAL;
 918
 919         return COMPACT_CONTINUE;
 920 }
 921
 922 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 923 {
 924         int ret;
 925         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 926         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 927
 928         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 929         switch (ret) {
 930         case COMPACT_PARTIAL:
 931         case COMPACT_SKIPPED:
 932                 /* Compaction is likely to fail */
 933                 return ret;
 934         case COMPACT_CONTINUE:
 935                 /* Fall through to compaction */
 936                 ;
 937         }
 938
 939         /*
 940          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 941          * information on where the scanners should start but check that it
 942          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 943          */
 944         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 945         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 946         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 947                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 948                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 949         }
 950         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 951                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 952                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 953         }
 954
 955         /*
 956          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 957          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 958          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 959          */
 960         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 961                 __reset_isolation_suitable(zone);
 962
 963         migrate_prep_local();
 964
 965         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 966                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 967                 int err;
 968
 969                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 970                 case ISOLATE_ABORT:
 971                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 972                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
 973                         cc->nr_migratepages = 0;
 974                         goto out;
 975                 case ISOLATE_NONE:
 976                         continue;
 977                 case ISOLATE_SUCCESS:
 978                         ;
 979                 }
 980
 981                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 982                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 983                                 (unsigned long)cc,
 984                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
 985                                 MR_COMPACTION);
 986                 update_nr_listpages(cc);
 987                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 988
 989                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 990                                                 nr_remaining);
 991
 992                 /* Release isolated pages not migrated */
 993                 if (err) {
 994                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
 995                         cc->nr_migratepages = 0;
 996                         if (err == -ENOMEM) {
 997                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 998                                 goto out;
 999                         }
1000                 }
1001         }
1002
1003 out:
1004         /* Release free pages and check accounting */
1005         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1006         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1007
1008         return ret;
1009 }
1010
1011 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1012                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1013                                  bool sync, bool *contended)
1014 {
1015         unsigned long ret;
1016         struct compact_control cc = {
1017                 .nr_freepages = 0,
1018                 .nr_migratepages = 0,
1019                 .order = order,
1020                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1021                 .zone = zone,
1022                 .sync = sync,
1023         };
1024         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1025         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1026
1027         ret = compact_zone(zone, &cc);
1028
1029         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1030         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1031
1032         *contended = cc.contended;
1033         return ret;
1034 }
1035
1036 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1037
1038 /**
1039  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1040  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1041  * @order: The order of the current allocation
1042  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1043  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1044  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1045  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1046  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1047  *
1048  * This is the main entry point for direct page compaction.
1049  */
1050 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1051                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1052                         bool sync, bool *contended)
1053 {
1054         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1055         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1056         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1057         struct zoneref *z;
1058         struct zone *zone;
1059         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1060         int alloc_flags = 0;
1061
1062         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1063         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1064                 return rc;
1065
1066         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1067
1068 #ifdef CONFIG_CMA
1069         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1070                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1071 #endif
1072         /* Compact each zone in the list */
1073         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1074                                                                 nodemask) {
1075                 int status;
1076
1077                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1078                                                 contended);
1079                 rc = max(status, rc);
1080
1081                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1082                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1083                                       alloc_flags))
1084                         break;
1085         }
1086
1087         return rc;
1088 }
1089
1090
1091 /* Compact all zones within a node */
1092 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1093 {
1094         int zoneid;
1095         struct zone *zone;
1096
1097         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1098
1099                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1100                 if (!populated_zone(zone))
1101                         continue;
1102
1103                 cc->nr_freepages = 0;
1104                 cc->nr_migratepages = 0;
1105                 cc->zone = zone;
1106                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1107                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1108
1109                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1110                         compact_zone(zone, cc);
1111
1112                 if (cc->order > 0) {
1113                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1114                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1115                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1116                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1117                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1118                         else if (!ok && cc->sync)
1119                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1120                 }
1121
1122                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1123                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1124         }
1125 }
1126
1127 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1128 {
1129         struct compact_control cc = {
1130                 .order = order,
1131                 .sync = false,
1132         };
1133
1134         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1135 }
1136
1137 static void compact_node(int nid)
1138 {
1139         struct compact_control cc = {
1140                 .order = -1,
1141                 .sync = true,
1142         };
1143
1144         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1145 }
1146
1147 /* Compact all nodes in the system */
1148 static void compact_nodes(void)
1149 {
1150         int nid;
1151
1152         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1153         lru_add_drain_all();
1154
1155         for_each_online_node(nid)
1156                 compact_node(nid);
1157 }
1158
1159 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1160 int sysctl_compact_memory;
1161
1162 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1163 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1164                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1165 {
1166         if (write)
1167                 compact_nodes();
1168
1169         return 0;
1170 }
1171
1172 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1173                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1174 {
1175         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1176
1177         return 0;
1178 }
1179
1180 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1181 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1182                         struct device_attribute *attr,
1183                         const char *buf, size_t count)
1184 {
1185         int nid = dev->id;
1186
1187         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1188                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1189                 lru_add_drain_all();
1190
1191                 compact_node(nid);
1192         }
1193
1194         return count;
1195 }
1196 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1197
1198 int compaction_register_node(struct node *node)
1199 {
1200         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1201 }
1202
1203 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1204 {
1205         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1206 }
1207 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1208
1209 #endif /* CONFIG_COMPACTION */