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 "internal.h"
  18
  19 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  20
  21 #define CREATE_TRACE_POINTS
  22 #include <trace/events/compaction.h>
  23
  24 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  25 {
  26         struct page *page, *next;
  27         unsigned long count = 0;
  28
  29         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  30                 list_del(&page->lru);
  31                 __free_page(page);
  32                 count++;
  33         }
  34
  35         return count;
  36 }
  37
  38 static void map_pages(struct list_head *list)
  39 {
  40         struct page *page;
  41
  42         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  43                 arch_alloc_page(page, 0);
  44                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  45         }
  46 }
  47
  48 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  49 {
  50         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  51 }
  52
  53 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  54 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  55 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  56                                         struct page *page)
  57 {
  58         if (cc->ignore_skip_hint)
  59                 return true;
  60
  61         return !get_pageblock_skip(page);
  62 }
  63
  64 /*
  65  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  66  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  67  * meet.
  68  */
  69 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  70 {
  71         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  72         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  73         unsigned long pfn;
  74
  75         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  76         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  77         zone->compact_blockskip_flush = false;
  78
  79         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  80         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  81                 struct page *page;
  82
  83                 cond_resched();
  84
  85                 if (!pfn_valid(pfn))
  86                         continue;
  87
  88                 page = pfn_to_page(pfn);
  89                 if (zone != page_zone(page))
  90                         continue;
  91
  92                 clear_pageblock_skip(page);
  93         }
  94 }
  95
  96 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
  97 {
  98         int zoneid;
  99
 100         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 101                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 102                 if (!populated_zone(zone))
 103                         continue;
 104
 105                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 106                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 107                         __reset_isolation_suitable(zone);
 108         }
 109 }
 110
 111 /*
 112  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 113  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 114  */
 115 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 116                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 117                         bool migrate_scanner)
 118 {
 119         struct zone *zone = cc->zone;
 120         if (!page)
 121                 return;
 122
 123         if (!nr_isolated) {
 124                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 125                 set_pageblock_skip(page);
 126
 127                 /* Update where compaction should restart */
 128                 if (migrate_scanner) {
 129                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 130                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 131                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 132                 } else {
 133                         if (!cc->finished_update_free &&
 134                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 135                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 136                 }
 137         }
 138 }
 139 #else
 140 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 141                                         struct page *page)
 142 {
 143         return true;
 144 }
 145
 146 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 147                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 148                         bool migrate_scanner)
 149 {
 150 }
 151 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 152
 153 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 154 {
 155         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 156 }
 157
 158 /*
 159  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 160  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 161  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 162  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 163  *
 164  * Returns true if the lock is held.
 165  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 166  */
 167 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 168                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 169 {
 170         if (should_release_lock(lock)) {
 171                 if (locked) {
 172                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 173                         locked = false;
 174                 }
 175
 176                 /* async aborts if taking too long or contended */
 177                 if (!cc->sync) {
 178                         cc->contended = true;
 179                         return false;
 180                 }
 181
 182                 cond_resched();
 183         }
 184
 185         if (!locked)
 186                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 187         return true;
 188 }
 189
 190 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 191                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 192 {
 193         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 194 }
 195
 196 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 197 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 198 {
 199         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 200
 201         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 202         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 203                 return false;
 204
 205         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 206         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 207                 return true;
 208
 209         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 210         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 211                 return true;
 212
 213         /* Otherwise skip the block */
 214         return false;
 215 }
 216
 217 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
 218 {
 219         unsigned long flags;
 220         int mtype, mtype_low, mtype_high;
 221
 222         if (!cc->page || *cc->page)
 223                 return;
 224
 225         /*
 226          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 227          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 228          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 229          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 230          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 231          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 232          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 233          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 234          */
 235         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 236                 mtype_low = 0;
 237                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 238         } else {
 239                 mtype_low = cc->migratetype;
 240                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 241         }
 242
 243         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 244         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 245                 int order;
 246                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 247                         struct page *page;
 248                         struct free_area *area;
 249                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 250                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 251                                 continue;
 252
 253                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 254                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 255                                 return;
 256                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 257                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 258                                                         struct page, lru);
 259                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 260                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 261                                                                         flags);
 262                                         *cc->page = page;
 263                                         return;
 264                                 }
 265                         }
 266                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 267                 }
 268         }
 269 }
 270
 271 /*
 272  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 273  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 274  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 275  * some pages).
 276  */
 277 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 278                                 unsigned long blockpfn,
 279                                 unsigned long end_pfn,
 280                                 struct list_head *freelist,
 281                                 bool strict)
 282 {
 283         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 284         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 285         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 286         unsigned long flags;
 287         bool locked = false;
 288
 289         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 290
 291         /* Isolate free pages. */
 292         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 293                 int isolated, i;
 294                 struct page *page = cursor;
 295
 296                 nr_scanned++;
 297                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 298                         continue;
 299                 if (!valid_page)
 300                         valid_page = page;
 301                 if (!PageBuddy(page))
 302                         continue;
 303
 304                 /*
 305                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 306                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 307                  * heavily contended if there are parallel allocations
 308                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 309                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 310                  * possible.
 311                  */
 312                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 313                                                                 locked, cc);
 314                 if (!locked)
 315                         break;
 316
 317                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 318                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 319                         break;
 320
 321                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 322                 if (!PageBuddy(page))
 323                         continue;
 324
 325                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 326                 isolated = split_free_page(page);
 327                 if (!isolated && strict)
 328                         break;
 329                 total_isolated += isolated;
 330                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 331                         list_add(&page->lru, freelist);
 332                         page++;
 333                 }
 334
 335                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 336                 if (isolated) {
 337                         blockpfn += isolated - 1;
 338                         cursor += isolated - 1;
 339                 }
 340         }
 341
 342         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 343
 344         /*
 345          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 346          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 347          * returned and CMA will fail.
 348          */
 349         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
 350                 total_isolated = 0;
 351
 352         if (locked)
 353                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 354
 355         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 356         if (blockpfn == end_pfn)
 357                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 358
 359         return total_isolated;
 360 }
 361
 362 /**
 363  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 364  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 365  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 366  *
 367  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 368  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 369  * undo its actions and return zero.
 370  *
 371  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 372  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 373  * a free page).
 374  */
 375 unsigned long
 376 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 377                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 378 {
 379         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 380         LIST_HEAD(freelist);
 381
 382         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 383                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 384                         break;
 385
 386                 /*
 387                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 388                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 389                  */
 390                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 391                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 392
 393                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 394                                                    &freelist, true);
 395
 396                 /*
 397                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 398                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 399                  * non-free pages).
 400                  */
 401                 if (!isolated)
 402                         break;
 403
 404                 /*
 405                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 406                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 407                  * page may span two pageblocks).
 408                  */
 409         }
 410
 411         /* split_free_page does not map the pages */
 412         map_pages(&freelist);
 413
 414         if (pfn < end_pfn) {
 415                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 416                 release_freepages(&freelist);
 417                 return 0;
 418         }
 419
 420         /* We don't use freelists for anything. */
 421         return pfn;
 422 }
 423
 424 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 425 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 426 {
 427         struct page *page;
 428         unsigned int count[2] = { 0, };
 429
 430         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 431                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 432
 433         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 434         if (locked) {
 435                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 436                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 437         } else {
 438                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 439                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 440         }
 441 }
 442
 443 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 444 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 445 {
 446         unsigned long active, inactive, isolated;
 447
 448         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 449                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 450         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 451                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 452         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 453                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 454
 455         return isolated > (inactive + active) / 2;
 456 }
 457
 458 /**
 459  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 460  * @zone:       Zone pages are in.
 461  * @cc:         Compaction control structure.
 462  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 463  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 464  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 465  *
 466  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 467  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 468  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 469  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 470  *
 471  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 472  * zero.
 473  *
 474  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 475  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 476  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 477  */
 478 unsigned long
 479 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 480                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 481 {
 482         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 483         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 484         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 485         isolate_mode_t mode = 0;
 486         struct lruvec *lruvec;
 487         unsigned long flags;
 488         bool locked = false;
 489         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 490
 491         /*
 492          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 493          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 494          * delay for some time until fewer pages are isolated
 495          */
 496         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 497                 /* async migration should just abort */
 498                 if (!cc->sync)
 499                         return 0;
 500
 501                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 502
 503                 if (fatal_signal_pending(current))
 504                         return 0;
 505         }
 506
 507         /* Time to isolate some pages for migration */
 508         cond_resched();
 509         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 510                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 511                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 512                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 513                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 514                                 locked = false;
 515                         }
 516                 }
 517
 518                 /*
 519                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 520                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 521                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 522                  * memory holes within the zone
 523                  */
 524                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 525                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 526                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 527                                 continue;
 528                         }
 529                 }
 530
 531                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 532                         continue;
 533                 nr_scanned++;
 534
 535                 /*
 536                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 537                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 538                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 539                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 540                  */
 541                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 542                 if (page_zone(page) != zone)
 543                         continue;
 544
 545                 if (!valid_page)
 546                         valid_page = page;
 547
 548                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 549                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 550                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 551                         goto next_pageblock;
 552
 553                 /* Skip if free */
 554                 if (PageBuddy(page))
 555                         continue;
 556
 557                 /*
 558                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 559                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 560                  * satisfies the allocation
 561                  */
 562                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 563                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 564                         cc->finished_update_migrate = true;
 565                         goto next_pageblock;
 566                 }
 567
 568                 /* Check may be lockless but that's ok as we recheck later */
 569                 if (!PageLRU(page))
 570                         continue;
 571
 572                 /*
 573                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 574                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 575                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 576                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 577                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 578                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 579                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 580                  * page underneath us may return surprising results.
 581                  */
 582                 if (PageTransHuge(page)) {
 583                         if (!locked)
 584                                 goto next_pageblock;
 585                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 586                         continue;
 587                 }
 588
 589                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 590                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 591                                                                 locked, cc);
 592                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 593                         break;
 594
 595                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 596                 if (!PageLRU(page))
 597                         continue;
 598                 if (PageTransHuge(page)) {
 599                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 600                         continue;
 601                 }
 602
 603                 if (!cc->sync)
 604                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 605
 606                 if (unevictable)
 607                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 608
 609                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 610
 611                 /* Try isolate the page */
 612                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 613                         continue;
 614
 615                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 616
 617                 /* Successfully isolated */
 618                 cc->finished_update_migrate = true;
 619                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 620                 list_add(&page->lru, migratelist);
 621                 cc->nr_migratepages++;
 622                 nr_isolated++;
 623
 624                 /* Avoid isolating too much */
 625                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 626                         ++low_pfn;
 627                         break;
 628                 }
 629
 630                 continue;
 631
 632 next_pageblock:
 633                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
 634                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 635                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 636         }
 637
 638         acct_isolated(zone, locked, cc);
 639
 640         if (locked)
 641                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 642
 643         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 644         if (low_pfn == end_pfn)
 645                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 646
 647         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 648
 649         return low_pfn;
 650 }
 651
 652 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 653 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 654 /*
 655  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 656  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 657  */
 658 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 659                                 struct compact_control *cc)
 660 {
 661         struct page *page;
 662         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 663         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 664         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 665
 666         /*
 667          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 668          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 669          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 670          */
 671         pfn = cc->free_pfn;
 672         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 673
 674         /*
 675          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 676          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 677          * in the next isolation cycle.
 678          */
 679         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 680
 681         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 682
 683         /*
 684          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 685          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 686          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 687          */
 688         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 689                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 690                 unsigned long isolated;
 691
 692                 if (!pfn_valid(pfn))
 693                         continue;
 694
 695                 /*
 696                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 697                  * configurations to have a setup like
 698                  * node0 node1 node0
 699                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 700                  * pages do not belong to a single zone.
 701                  */
 702                 page = pfn_to_page(pfn);
 703                 if (page_zone(page) != zone)
 704                         continue;
 705
 706                 /* Check the block is suitable for migration */
 707                 if (!suitable_migration_target(page))
 708                         continue;
 709
 710                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 711                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 712                         continue;
 713
 714                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 715                 isolated = 0;
 716                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 717                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 718                                                    freelist, false);
 719                 nr_freepages += isolated;
 720
 721                 /*
 722                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 723                  * looking for free pages, the search will restart here as
 724                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 725                  */
 726                 if (isolated) {
 727                         cc->finished_update_free = true;
 728                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 729                 }
 730         }
 731
 732         /* split_free_page does not map the pages */
 733         map_pages(freelist);
 734
 735         cc->free_pfn = high_pfn;
 736         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 737 }
 738
 739 /*
 740  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 741  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 742  */
 743 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 744                                         unsigned long data,
 745                                         int **result)
 746 {
 747         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 748         struct page *freepage;
 749
 750         /* Isolate free pages if necessary */
 751         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 752                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 753
 754                 if (list_empty(&cc->freepages))
 755                         return NULL;
 756         }
 757
 758         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 759         list_del(&freepage->lru);
 760         cc->nr_freepages--;
 761
 762         return freepage;
 763 }
 764
 765 /*
 766  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 767  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 768  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 769  */
 770 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 771 {
 772         int nr_migratepages = 0;
 773         int nr_freepages = 0;
 774         struct page *page;
 775
 776         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 777                 nr_migratepages++;
 778         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 779                 nr_freepages++;
 780
 781         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 782         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 783 }
 784
 785 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 786 typedef enum {
 787         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 788         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 789         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 790 } isolate_migrate_t;
 791
 792 /*
 793  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 794  * the migrate scanner within compact_control.
 795  */
 796 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 797                                         struct compact_control *cc)
 798 {
 799         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 800
 801         /* Do not scan outside zone boundaries */
 802         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 803
 804         /* Only scan within a pageblock boundary */
 805         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 806
 807         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 808         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 809                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 810                 return ISOLATE_NONE;
 811         }
 812
 813         /* Perform the isolation */
 814         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 815         if (!low_pfn || cc->contended)
 816                 return ISOLATE_ABORT;
 817
 818         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 819
 820         return ISOLATE_SUCCESS;
 821 }
 822
 823 static int compact_finished(struct zone *zone,
 824                             struct compact_control *cc)
 825 {
 826         unsigned long watermark;
 827
 828         if (fatal_signal_pending(current))
 829                 return COMPACT_PARTIAL;
 830
 831         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 832         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 833                 /*
 834                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 835                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 836                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 837                  * based on an allocation request.
 838                  */
 839                 if (!current_is_kswapd())
 840                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 841
 842                 return COMPACT_COMPLETE;
 843         }
 844
 845         /*
 846          * order == -1 is expected when compacting via
 847          * /proc/sys/vm/compact_memory
 848          */
 849         if (cc->order == -1)
 850                 return COMPACT_CONTINUE;
 851
 852         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 853         watermark = low_wmark_pages(zone);
 854         watermark += (1 << cc->order);
 855
 856         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 857                 return COMPACT_CONTINUE;
 858
 859         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 860         if (cc->page) {
 861                 /* Was a suitable page captured? */
 862                 if (*cc->page)
 863                         return COMPACT_PARTIAL;
 864         } else {
 865                 unsigned int order;
 866                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 867                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 868                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 869                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 870                                 return COMPACT_PARTIAL;
 871
 872                         /* Job done if allocation would set block type */
 873                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 874                                 return COMPACT_PARTIAL;
 875                 }
 876         }
 877
 878         return COMPACT_CONTINUE;
 879 }
 880
 881 /*
 882  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 883  * Returns
 884  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 885  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 886  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 887  */
 888 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 889 {
 890         int fragindex;
 891         unsigned long watermark;
 892
 893         /*
 894          * order == -1 is expected when compacting via
 895          * /proc/sys/vm/compact_memory
 896          */
 897         if (order == -1)
 898                 return COMPACT_CONTINUE;
 899
 900         /*
 901          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 902          * This is because during migration, copies of pages need to be
 903          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 904          */
 905         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 906         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 907                 return COMPACT_SKIPPED;
 908
 909         /*
 910          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 911          * low memory or external fragmentation
 912          *
 913          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 914          * watermarks
 915          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 916          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 917          *
 918          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 919          */
 920         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 921         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 922                 return COMPACT_SKIPPED;
 923
 924         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 925             0, 0))
 926                 return COMPACT_PARTIAL;
 927
 928         return COMPACT_CONTINUE;
 929 }
 930
 931 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 932 {
 933         int ret;
 934         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 935         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 936
 937         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 938         switch (ret) {
 939         case COMPACT_PARTIAL:
 940         case COMPACT_SKIPPED:
 941                 /* Compaction is likely to fail */
 942                 return ret;
 943         case COMPACT_CONTINUE:
 944                 /* Fall through to compaction */
 945                 ;
 946         }
 947
 948         /*
 949          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 950          * information on where the scanners should start but check that it
 951          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 952          */
 953         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 954         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 955         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 956                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 957                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 958         }
 959         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 960                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 961                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 962         }
 963
 964         /*
 965          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 966          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 967          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 968          */
 969         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 970                 __reset_isolation_suitable(zone);
 971
 972         migrate_prep_local();
 973
 974         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 975                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 976                 int err;
 977
 978                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 979                 case ISOLATE_ABORT:
 980                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 981                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 982                         cc->nr_migratepages = 0;
 983                         goto out;
 984                 case ISOLATE_NONE:
 985                         continue;
 986                 case ISOLATE_SUCCESS:
 987                         ;
 988                 }
 989
 990                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 991                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 992                                 (unsigned long)cc, false,
 993                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
 994                                 MR_COMPACTION);
 995                 update_nr_listpages(cc);
 996                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 997
 998                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 999                                                 nr_remaining);
1000
1001                 /* Release LRU pages not migrated */
1002                 if (err) {
1003                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
1004                         cc->nr_migratepages = 0;
1005                         if (err == -ENOMEM) {
1006                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1007                                 goto out;
1008                         }
1009                 }
1010
1011                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
1012                 compact_capture_page(cc);
1013         }
1014
1015 out:
1016         /* Release free pages and check accounting */
1017         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1018         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1019
1020         return ret;
1021 }
1022
1023 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1024                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1025                                  bool sync, bool *contended,
1026                                  struct page **page)
1027 {
1028         unsigned long ret;
1029         struct compact_control cc = {
1030                 .nr_freepages = 0,
1031                 .nr_migratepages = 0,
1032                 .order = order,
1033                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1034                 .zone = zone,
1035                 .sync = sync,
1036                 .page = page,
1037         };
1038         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1039         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1040
1041         ret = compact_zone(zone, &cc);
1042
1043         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1044         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1045
1046         *contended = cc.contended;
1047         return ret;
1048 }
1049
1050 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1051
1052 /**
1053  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1054  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1055  * @order: The order of the current allocation
1056  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1057  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1058  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1059  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1060  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1061  *
1062  * This is the main entry point for direct page compaction.
1063  */
1064 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1065                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1066                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1067 {
1068         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1069         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1070         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1071         struct zoneref *z;
1072         struct zone *zone;
1073         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1074         int alloc_flags = 0;
1075
1076         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1077         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1078                 return rc;
1079
1080         count_vm_event(COMPACTSTALL);
1081
1082 #ifdef CONFIG_CMA
1083         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1084                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1085 #endif
1086         /* Compact each zone in the list */
1087         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1088                                                                 nodemask) {
1089                 int status;
1090
1091                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1092                                                 contended, page);
1093                 rc = max(status, rc);
1094
1095                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1096                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1097                                       alloc_flags))
1098                         break;
1099         }
1100
1101         return rc;
1102 }
1103
1104
1105 /* Compact all zones within a node */
1106 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1107 {
1108         int zoneid;
1109         struct zone *zone;
1110
1111         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1112
1113                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1114                 if (!populated_zone(zone))
1115                         continue;
1116
1117                 cc->nr_freepages = 0;
1118                 cc->nr_migratepages = 0;
1119                 cc->zone = zone;
1120                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1121                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1122
1123                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1124                         compact_zone(zone, cc);
1125
1126                 if (cc->order > 0) {
1127                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1128                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1129                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1130                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1131                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1132                         else if (!ok && cc->sync)
1133                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1134                 }
1135
1136                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1137                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1138         }
1139
1140         return 0;
1141 }
1142
1143 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1144 {
1145         struct compact_control cc = {
1146                 .order = order,
1147                 .sync = false,
1148                 .page = NULL,
1149         };
1150
1151         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1152 }
1153
1154 static int compact_node(int nid)
1155 {
1156         struct compact_control cc = {
1157                 .order = -1,
1158                 .sync = true,
1159                 .page = NULL,
1160         };
1161
1162         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1163 }
1164
1165 /* Compact all nodes in the system */
1166 static int compact_nodes(void)
1167 {
1168         int nid;
1169
1170         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1171         lru_add_drain_all();
1172
1173         for_each_online_node(nid)
1174                 compact_node(nid);
1175
1176         return COMPACT_COMPLETE;
1177 }
1178
1179 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1180 int sysctl_compact_memory;
1181
1182 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1183 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1184                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1185 {
1186         if (write)
1187                 return compact_nodes();
1188
1189         return 0;
1190 }
1191
1192 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1193                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1194 {
1195         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1196
1197         return 0;
1198 }
1199
1200 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1201 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1202                         struct device_attribute *attr,
1203                         const char *buf, size_t count)
1204 {
1205         int nid = dev->id;
1206
1207         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1208                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1209                 lru_add_drain_all();
1210
1211                 compact_node(nid);
1212         }
1213
1214         return count;
1215 }
1216 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1217
1218 int compaction_register_node(struct node *node)
1219 {
1220         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1221 }
1222
1223 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1224 {
1225         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1228
1229 #endif /* CONFIG_COMPACTION */