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
 138         if (cc->ignore_skip_hint)
 139                 return;
 140
 141         if (!page)
 142                 return;
 143
 144         if (!nr_isolated) {
 145                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 146                 set_pageblock_skip(page);
 147
 148                 /* Update where compaction should restart */
 149                 if (migrate_scanner) {
 150                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 151                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 152                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 153                 } else {
 154                         if (!cc->finished_update_free &&
 155                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 156                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 157                 }
 158         }
 159 }
 160 #else
 161 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 162                                         struct page *page)
 163 {
 164         return true;
 165 }
 166
 167 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 168                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 169                         bool migrate_scanner)
 170 {
 171 }
 172 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 173
 174 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 175 {
 176         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 181  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 182  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 183  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 184  *
 185  * Returns true if the lock is held.
 186  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 187  */
 188 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 189                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 190 {
 191         if (should_release_lock(lock)) {
 192                 if (locked) {
 193                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 194                         locked = false;
 195                 }
 196
 197                 /* async aborts if taking too long or contended */
 198                 if (!cc->sync) {
 199                         cc->contended = true;
 200                         return false;
 201                 }
 202
 203                 cond_resched();
 204         }
 205
 206         if (!locked)
 207                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 208         return true;
 209 }
 210
 211 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 212                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 213 {
 214         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 215 }
 216
 217 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 218 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 219 {
 220         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 221         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 222                 return false;
 223
 224         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 225         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 226                 return true;
 227
 228         /* Otherwise skip the block */
 229         return false;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 234  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 235  * (even though it may still end up isolating some pages).
 236  */
 237 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 238                                 unsigned long blockpfn,
 239                                 unsigned long end_pfn,
 240                                 struct list_head *freelist,
 241                                 bool strict)
 242 {
 243         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 244         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 245         unsigned long flags;
 246         bool locked = false;
 247         bool checked_pageblock = false;
 248
 249         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 250
 251         /* Isolate free pages. */
 252         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 253                 int isolated, i;
 254                 struct page *page = cursor;
 255
 256                 nr_scanned++;
 257                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 258                         goto isolate_fail;
 259
 260                 if (!valid_page)
 261                         valid_page = page;
 262                 if (!PageBuddy(page))
 263                         goto isolate_fail;
 264
 265                 /*
 266                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 267                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 268                  * heavily contended if there are parallel allocations
 269                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 270                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 271                  * possible.
 272                  */
 273                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 274                                                                 locked, cc);
 275                 if (!locked)
 276                         break;
 277
 278                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 279                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 280                         /*
 281                          * We need to check suitability of pageblock only once
 282                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 283                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 284                          */
 285                         checked_pageblock = true;
 286                         if (!suitable_migration_target(page))
 287                                 break;
 288                 }
 289
 290                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 291                 if (!PageBuddy(page))
 292                         goto isolate_fail;
 293
 294                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 295                 isolated = split_free_page(page);
 296                 total_isolated += isolated;
 297                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 298                         list_add(&page->lru, freelist);
 299                         page++;
 300                 }
 301
 302                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 303                 if (isolated) {
 304                         blockpfn += isolated - 1;
 305                         cursor += isolated - 1;
 306                         continue;
 307                 }
 308
 309 isolate_fail:
 310                 if (strict)
 311                         break;
 312                 else
 313                         continue;
 314
 315         }
 316
 317         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 318
 319         /*
 320          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 321          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 322          * returned and CMA will fail.
 323          */
 324         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 325                 total_isolated = 0;
 326
 327         if (locked)
 328                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 329
 330         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 331         if (blockpfn == end_pfn)
 332                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 333
 334         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 335         if (total_isolated)
 336                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 337         return total_isolated;
 338 }
 339
 340 /**
 341  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 342  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 343  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 344  *
 345  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 346  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 347  * undo its actions and return zero.
 348  *
 349  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 350  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 351  * a free page).
 352  */
 353 unsigned long
 354 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 355                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 356 {
 357         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 358         LIST_HEAD(freelist);
 359
 360         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 361                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 362                         break;
 363
 364                 /*
 365                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 366                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 367                  */
 368                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 369                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 370
 371                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 372                                                    &freelist, true);
 373
 374                 /*
 375                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 376                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 377                  * non-free pages).
 378                  */
 379                 if (!isolated)
 380                         break;
 381
 382                 /*
 383                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 384                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 385                  * page may span two pageblocks).
 386                  */
 387         }
 388
 389         /* split_free_page does not map the pages */
 390         map_pages(&freelist);
 391
 392         if (pfn < end_pfn) {
 393                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 394                 release_freepages(&freelist);
 395                 return 0;
 396         }
 397
 398         /* We don't use freelists for anything. */
 399         return pfn;
 400 }
 401
 402 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 403 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 404 {
 405         struct page *page;
 406         unsigned int count[2] = { 0, };
 407
 408         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 409                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 410
 411         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 412         if (locked) {
 413                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 415         } else {
 416                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 417                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 418         }
 419 }
 420
 421 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 422 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 423 {
 424         unsigned long active, inactive, isolated;
 425
 426         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 427                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 428         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 429                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 430         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 431                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 432
 433         return isolated > (inactive + active) / 2;
 434 }
 435
 436 /**
 437  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 438  * @zone:       Zone pages are in.
 439  * @cc:         Compaction control structure.
 440  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 441  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 442  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 443  *
 444  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 445  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 446  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 447  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 448  *
 449  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 450  * zero.
 451  *
 452  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 453  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 454  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 455  */
 456 unsigned long
 457 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 458                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 459 {
 460         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 461         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 462         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 463         isolate_mode_t mode = 0;
 464         struct lruvec *lruvec;
 465         unsigned long flags;
 466         bool locked = false;
 467         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 468         bool skipped_async_unsuitable = false;
 469
 470         /*
 471          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 472          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 473          * delay for some time until fewer pages are isolated
 474          */
 475         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 476                 /* async migration should just abort */
 477                 if (!cc->sync)
 478                         return 0;
 479
 480                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 481
 482                 if (fatal_signal_pending(current))
 483                         return 0;
 484         }
 485
 486         /* Time to isolate some pages for migration */
 487         cond_resched();
 488         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 489                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 490                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 491                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 492                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 493                                 locked = false;
 494                         }
 495                 }
 496
 497                 /*
 498                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 499                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 500                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 501                  * memory holes within the zone
 502                  */
 503                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 504                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 505                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 506                                 continue;
 507                         }
 508                 }
 509
 510                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 511                         continue;
 512                 nr_scanned++;
 513
 514                 /*
 515                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 516                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 517                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 518                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 519                  */
 520                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 521                 if (page_zone(page) != zone)
 522                         continue;
 523
 524                 if (!valid_page)
 525                         valid_page = page;
 526
 527                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 528                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 529                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 530                         int mt;
 531
 532                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 533                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 534                                 goto next_pageblock;
 535
 536                         /*
 537                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 538                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 539                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 540                          */
 541                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 542                         if (!cc->sync && !migrate_async_suitable(mt)) {
 543                                 cc->finished_update_migrate = true;
 544                                 skipped_async_unsuitable = true;
 545                                 goto next_pageblock;
 546                         }
 547                 }
 548
 549                 /*
 550                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 551                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 552                  */
 553                 if (PageBuddy(page))
 554                         continue;
 555
 556                 /*
 557                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 558                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 559                  * Skip any other type of page
 560                  */
 561                 if (!PageLRU(page)) {
 562                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 563                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 564                                         /* Successfully isolated */
 565                                         cc->finished_update_migrate = true;
 566                                         list_add(&page->lru, migratelist);
 567                                         cc->nr_migratepages++;
 568                                         nr_isolated++;
 569                                         goto check_compact_cluster;
 570                                 }
 571                         }
 572                         continue;
 573                 }
 574
 575                 /*
 576                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 577                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 578                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 579                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 580                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 581                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 582                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 583                  * page underneath us may return surprising results.
 584                  */
 585                 if (PageTransHuge(page)) {
 586                         if (!locked)
 587                                 goto next_pageblock;
 588                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 589                         continue;
 590                 }
 591
 592                 /*
 593                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 594                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 595                  * admittedly racy check.
 596                  */
 597                 if (!page_mapping(page) &&
 598                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 599                         continue;
 600
 601                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 602                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 603                                                                 locked, cc);
 604                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 605                         break;
 606
 607                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 608                 if (!PageLRU(page))
 609                         continue;
 610                 if (PageTransHuge(page)) {
 611                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 612                         continue;
 613                 }
 614
 615                 if (!cc->sync)
 616                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 617
 618                 if (unevictable)
 619                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 620
 621                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 622
 623                 /* Try isolate the page */
 624                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 625                         continue;
 626
 627                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 628
 629                 /* Successfully isolated */
 630                 cc->finished_update_migrate = true;
 631                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 632                 list_add(&page->lru, migratelist);
 633                 cc->nr_migratepages++;
 634                 nr_isolated++;
 635
 636 check_compact_cluster:
 637                 /* Avoid isolating too much */
 638                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 639                         ++low_pfn;
 640                         break;
 641                 }
 642
 643                 continue;
 644
 645 next_pageblock:
 646                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 647         }
 648
 649         acct_isolated(zone, locked, cc);
 650
 651         if (locked)
 652                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 653
 654         /*
 655          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 656          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 657          * This is not done when pageblock was skipped due to being unsuitable
 658          * for async compaction, so that eventual sync compaction can try.
 659          */
 660         if (low_pfn == end_pfn && !skipped_async_unsuitable)
 661                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 662
 663         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 664
 665         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 666         if (nr_isolated)
 667                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 668
 669         return low_pfn;
 670 }
 671
 672 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 673 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 674 /*
 675  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 676  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 677  */
 678 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 679                                 struct compact_control *cc)
 680 {
 681         struct page *page;
 682         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn;
 683         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 684         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 685
 686         /*
 687          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 688          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 689          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 690          * the pageblock boundary, because we do pfn -= pageblock_nr_pages
 691          * in the for loop.
 692          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 693          * is using.
 694          */
 695         pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 696         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 697
 698         /*
 699          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 700          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 701          * in the next isolation cycle.
 702          */
 703         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 704
 705         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 706
 707         /*
 708          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 709          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 710          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 711          */
 712         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 713                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 714                 unsigned long isolated;
 715                 unsigned long end_pfn;
 716
 717                 /*
 718                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 719                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 720                  * to schedule.
 721                  */
 722                 cond_resched();
 723
 724                 if (!pfn_valid(pfn))
 725                         continue;
 726
 727                 /*
 728                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 729                  * configurations to have a setup like
 730                  * node0 node1 node0
 731                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 732                  * pages do not belong to a single zone.
 733                  */
 734                 page = pfn_to_page(pfn);
 735                 if (page_zone(page) != zone)
 736                         continue;
 737
 738                 /* Check the block is suitable for migration */
 739                 if (!suitable_migration_target(page))
 740                         continue;
 741
 742                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 743                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 744                         continue;
 745
 746                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 747                 isolated = 0;
 748
 749                 /*
 750                  * Take care when isolating in last pageblock of a zone which
 751                  * ends in the middle of a pageblock.
 752                  */
 753                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, z_end_pfn);
 754                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 755                                                    freelist, false);
 756                 nr_freepages += isolated;
 757
 758                 /*
 759                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 760                  * looking for free pages, the search will restart here as
 761                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 762                  */
 763                 if (isolated) {
 764                         cc->finished_update_free = true;
 765                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 766                 }
 767         }
 768
 769         /* split_free_page does not map the pages */
 770         map_pages(freelist);
 771
 772         /*
 773          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 774          * so that compact_finished() may detect this
 775          */
 776         if (pfn < low_pfn)
 777                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
 778         else
 779                 cc->free_pfn = high_pfn;
 780         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 781 }
 782
 783 /*
 784  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 785  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 786  */
 787 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 788                                         unsigned long data,
 789                                         int **result)
 790 {
 791         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 792         struct page *freepage;
 793
 794         /* Isolate free pages if necessary */
 795         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 796                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 797
 798                 if (list_empty(&cc->freepages))
 799                         return NULL;
 800         }
 801
 802         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 803         list_del(&freepage->lru);
 804         cc->nr_freepages--;
 805
 806         return freepage;
 807 }
 808
 809 /*
 810  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 811  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 812  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 813  */
 814 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 815 {
 816         int nr_migratepages = 0;
 817         int nr_freepages = 0;
 818         struct page *page;
 819
 820         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 821                 nr_migratepages++;
 822         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 823                 nr_freepages++;
 824
 825         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 826         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 827 }
 828
 829 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 830 typedef enum {
 831         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 832         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 833         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 834 } isolate_migrate_t;
 835
 836 /*
 837  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 838  * the migrate scanner within compact_control.
 839  */
 840 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 841                                         struct compact_control *cc)
 842 {
 843         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 844
 845         /* Do not scan outside zone boundaries */
 846         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 847
 848         /* Only scan within a pageblock boundary */
 849         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 850
 851         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 852         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 853                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 854                 return ISOLATE_NONE;
 855         }
 856
 857         /* Perform the isolation */
 858         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 859         if (!low_pfn || cc->contended)
 860                 return ISOLATE_ABORT;
 861
 862         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 863
 864         return ISOLATE_SUCCESS;
 865 }
 866
 867 static int compact_finished(struct zone *zone,
 868                             struct compact_control *cc)
 869 {
 870         unsigned int order;
 871         unsigned long watermark;
 872
 873         if (fatal_signal_pending(current))
 874                 return COMPACT_PARTIAL;
 875
 876         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 877         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 878                 /* Let the next compaction start anew. */
 879                 zone->compact_cached_migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 880                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 881
 882                 /*
 883                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 884                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 885                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 886                  * based on an allocation request.
 887                  */
 888                 if (!current_is_kswapd())
 889                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 890
 891                 return COMPACT_COMPLETE;
 892         }
 893
 894         /*
 895          * order == -1 is expected when compacting via
 896          * /proc/sys/vm/compact_memory
 897          */
 898         if (cc->order == -1)
 899                 return COMPACT_CONTINUE;
 900
 901         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 902         watermark = low_wmark_pages(zone);
 903         watermark += (1 << cc->order);
 904
 905         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 906                 return COMPACT_CONTINUE;
 907
 908         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 909         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 910                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 911
 912                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 913                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 914                         return COMPACT_PARTIAL;
 915
 916                 /* Job done if allocation would set block type */
 917                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 918                         return COMPACT_PARTIAL;
 919         }
 920
 921         return COMPACT_CONTINUE;
 922 }
 923
 924 /*
 925  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 926  * Returns
 927  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 928  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 929  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 930  */
 931 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 932 {
 933         int fragindex;
 934         unsigned long watermark;
 935
 936         /*
 937          * order == -1 is expected when compacting via
 938          * /proc/sys/vm/compact_memory
 939          */
 940         if (order == -1)
 941                 return COMPACT_CONTINUE;
 942
 943         /*
 944          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 945          * This is because during migration, copies of pages need to be
 946          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 947          */
 948         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 949         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 950                 return COMPACT_SKIPPED;
 951
 952         /*
 953          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 954          * low memory or external fragmentation
 955          *
 956          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 957          * watermarks
 958          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 959          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 960          *
 961          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 962          */
 963         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 964         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 965                 return COMPACT_SKIPPED;
 966
 967         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 968             0, 0))
 969                 return COMPACT_PARTIAL;
 970
 971         return COMPACT_CONTINUE;
 972 }
 973
 974 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 975 {
 976         int ret;
 977         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 978         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 979
 980         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 981         switch (ret) {
 982         case COMPACT_PARTIAL:
 983         case COMPACT_SKIPPED:
 984                 /* Compaction is likely to fail */
 985                 return ret;
 986         case COMPACT_CONTINUE:
 987                 /* Fall through to compaction */
 988                 ;
 989         }
 990
 991         /*
 992          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 993          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 994          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 995          */
 996         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 997                 __reset_isolation_suitable(zone);
 998
 999         /*
1000          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
1001          * information on where the scanners should start but check that it
1002          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
1003          */
1004         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
1005         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1006         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1007                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1008                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1009         }
1010         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1011                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1012                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1013         }
1014
1015         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1016
1017         migrate_prep_local();
1018
1019         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1020                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1021                 int err;
1022
1023                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1024                 case ISOLATE_ABORT:
1025                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1026                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1027                         cc->nr_migratepages = 0;
1028                         goto out;
1029                 case ISOLATE_NONE:
1030                         continue;
1031                 case ISOLATE_SUCCESS:
1032                         ;
1033                 }
1034
1035                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1036                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1037                                 (unsigned long)cc,
1038                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1039                                 MR_COMPACTION);
1040                 update_nr_listpages(cc);
1041                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1042
1043                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1044                                                 nr_remaining);
1045
1046                 /* Release isolated pages not migrated */
1047                 if (err) {
1048                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1049                         cc->nr_migratepages = 0;
1050                         /*
1051                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1052                          * and we want compact_finished() to detect it
1053                          */
1054                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1055                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1056                                 goto out;
1057                         }
1058                 }
1059         }
1060
1061 out:
1062         /* Release free pages and check accounting */
1063         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1064         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1065
1066         trace_mm_compaction_end(ret);
1067
1068         return ret;
1069 }
1070
1071 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1072                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1073                                  bool sync, bool *contended)
1074 {
1075         unsigned long ret;
1076         struct compact_control cc = {
1077                 .nr_freepages = 0,
1078                 .nr_migratepages = 0,
1079                 .order = order,
1080                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1081                 .zone = zone,
1082                 .sync = sync,
1083         };
1084         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1085         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1086
1087         ret = compact_zone(zone, &cc);
1088
1089         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1090         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1091
1092         *contended = cc.contended;
1093         return ret;
1094 }
1095
1096 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1097
1098 /**
1099  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1100  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1101  * @order: The order of the current allocation
1102  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1103  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1104  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1105  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1106  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1107  *
1108  * This is the main entry point for direct page compaction.
1109  */
1110 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1111                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1112                         bool sync, bool *contended)
1113 {
1114         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1115         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1116         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1117         struct zoneref *z;
1118         struct zone *zone;
1119         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1120         int alloc_flags = 0;
1121
1122         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1123         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1124                 return rc;
1125
1126         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1127
1128 #ifdef CONFIG_CMA
1129         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1130                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1131 #endif
1132         /* Compact each zone in the list */
1133         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1134                                                                 nodemask) {
1135                 int status;
1136
1137                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1138                                                 contended);
1139                 rc = max(status, rc);
1140
1141                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1142                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1143                                       alloc_flags))
1144                         break;
1145         }
1146
1147         return rc;
1148 }
1149
1150
1151 /* Compact all zones within a node */
1152 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1153 {
1154         int zoneid;
1155         struct zone *zone;
1156
1157         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1158
1159                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1160                 if (!populated_zone(zone))
1161                         continue;
1162
1163                 cc->nr_freepages = 0;
1164                 cc->nr_migratepages = 0;
1165                 cc->zone = zone;
1166                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1167                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1168
1169                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1170                         compact_zone(zone, cc);
1171
1172                 if (cc->order > 0) {
1173                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1174                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1175                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1176                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1177                         else if (cc->sync)
1178                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1179                 }
1180
1181                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1182                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1183         }
1184 }
1185
1186 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1187 {
1188         struct compact_control cc = {
1189                 .order = order,
1190                 .sync = false,
1191         };
1192
1193         if (!order)
1194                 return;
1195
1196         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1197 }
1198
1199 static void compact_node(int nid)
1200 {
1201         struct compact_control cc = {
1202                 .order = -1,
1203                 .sync = true,
1204         };
1205
1206         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1207 }
1208
1209 /* Compact all nodes in the system */
1210 static void compact_nodes(void)
1211 {
1212         int nid;
1213
1214         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1215         lru_add_drain_all();
1216
1217         for_each_online_node(nid)
1218                 compact_node(nid);
1219 }
1220
1221 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1222 int sysctl_compact_memory;
1223
1224 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1225 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1226                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1227 {
1228         if (write)
1229                 compact_nodes();
1230
1231         return 0;
1232 }
1233
1234 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1235                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1236 {
1237         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1238
1239         return 0;
1240 }
1241
1242 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1243 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1244                         struct device_attribute *attr,
1245                         const char *buf, size_t count)
1246 {
1247         int nid = dev->id;
1248
1249         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1250                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1251                 lru_add_drain_all();
1252
1253                 compact_node(nid);
1254         }
1255
1256         return count;
1257 }
1258 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1259
1260 int compaction_register_node(struct node *node)
1261 {
1262         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1263 }
1264
1265 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1266 {
1267         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1268 }
1269 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1270
1271 #endif /* CONFIG_COMPACTION */