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[0] = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = start_pfn;
  94         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  95         zone->compact_blockskip_flush = false;
  96
  97         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  98         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  99                 struct page *page;
 100
 101                 cond_resched();
 102
 103                 if (!pfn_valid(pfn))
 104                         continue;
 105
 106                 page = pfn_to_page(pfn);
 107                 if (zone != page_zone(page))
 108                         continue;
 109
 110                 clear_pageblock_skip(page);
 111         }
 112 }
 113
 114 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 115 {
 116         int zoneid;
 117
 118         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 119                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 120                 if (!populated_zone(zone))
 121                         continue;
 122
 123                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 124                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 125                         __reset_isolation_suitable(zone);
 126         }
 127 }
 128
 129 /*
 130  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 131  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 132  */
 133 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 134                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 135                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 136 {
 137         struct zone *zone = cc->zone;
 138         unsigned long pfn;
 139
 140         if (cc->ignore_skip_hint)
 141                 return;
 142
 143         if (!page)
 144                 return;
 145
 146         if (nr_isolated)
 147                 return;
 148
 149         /*
 150          * Only skip pageblocks when all forms of compaction will be known to
 151          * fail in the near future.
 152          */
 153         if (set_unsuitable)
 154                 set_pageblock_skip(page);
 155
 156         pfn = page_to_pfn(page);
 157
 158         /* Update where async and sync compaction should restart */
 159         if (migrate_scanner) {
 160                 if (cc->finished_update_migrate)
 161                         return;
 162                 if (pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[0])
 163                         zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = pfn;
 164                 if (cc->mode != MIGRATE_ASYNC &&
 165                     pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[1])
 166                         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = pfn;
 167         } else {
 168                 if (cc->finished_update_free)
 169                         return;
 170                 if (pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 171                         zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 172         }
 173 }
 174 #else
 175 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 176                                         struct page *page)
 177 {
 178         return true;
 179 }
 180
 181 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 182                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 183                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 184 {
 185 }
 186 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 187
 188 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 189 {
 190         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 195  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 196  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 197  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 198  *
 199  * Returns true if the lock is held.
 200  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 201  */
 202 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 203                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 204 {
 205         if (should_release_lock(lock)) {
 206                 if (locked) {
 207                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 208                         locked = false;
 209                 }
 210
 211                 /* async aborts if taking too long or contended */
 212                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC) {
 213                         cc->contended = true;
 214                         return false;
 215                 }
 216
 217                 cond_resched();
 218         }
 219
 220         if (!locked)
 221                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 222         return true;
 223 }
 224
 225 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 226 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 227 {
 228         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 229         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 230                 return false;
 231
 232         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 233         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 234                 return true;
 235
 236         /* Otherwise skip the block */
 237         return false;
 238 }
 239
 240 /*
 241  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 242  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 243  * (even though it may still end up isolating some pages).
 244  */
 245 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 246                                 unsigned long blockpfn,
 247                                 unsigned long end_pfn,
 248                                 struct list_head *freelist,
 249                                 bool strict)
 250 {
 251         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 252         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 253         unsigned long flags;
 254         bool locked = false;
 255         bool checked_pageblock = false;
 256
 257         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 258
 259         /* Isolate free pages. */
 260         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 261                 int isolated, i;
 262                 struct page *page = cursor;
 263
 264                 nr_scanned++;
 265                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 266                         goto isolate_fail;
 267
 268                 if (!valid_page)
 269                         valid_page = page;
 270                 if (!PageBuddy(page))
 271                         goto isolate_fail;
 272
 273                 /*
 274                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 275                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 276                  * heavily contended if there are parallel allocations
 277                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 278                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 279                  * possible.
 280                  */
 281                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 282                                                                 locked, cc);
 283                 if (!locked)
 284                         break;
 285
 286                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 287                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 288                         /*
 289                          * We need to check suitability of pageblock only once
 290                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 291                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 292                          */
 293                         checked_pageblock = true;
 294                         if (!suitable_migration_target(page))
 295                                 break;
 296                 }
 297
 298                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 299                 if (!PageBuddy(page))
 300                         goto isolate_fail;
 301
 302                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 303                 isolated = split_free_page(page);
 304                 total_isolated += isolated;
 305                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 306                         list_add(&page->lru, freelist);
 307                         page++;
 308                 }
 309
 310                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 311                 if (isolated) {
 312                         blockpfn += isolated - 1;
 313                         cursor += isolated - 1;
 314                         continue;
 315                 }
 316
 317 isolate_fail:
 318                 if (strict)
 319                         break;
 320                 else
 321                         continue;
 322
 323         }
 324
 325         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 326
 327         /*
 328          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 329          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 330          * returned and CMA will fail.
 331          */
 332         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 333                 total_isolated = 0;
 334
 335         if (locked)
 336                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 337
 338         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 339         if (blockpfn == end_pfn)
 340                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, true,
 341                                       false);
 342
 343         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 344         if (total_isolated)
 345                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 346         return total_isolated;
 347 }
 348
 349 /**
 350  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 351  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 352  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 353  *
 354  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 355  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 356  * undo its actions and return zero.
 357  *
 358  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 359  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 360  * a free page).
 361  */
 362 unsigned long
 363 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 364                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 365 {
 366         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 367         LIST_HEAD(freelist);
 368
 369         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 370                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 371                         break;
 372
 373                 /*
 374                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 375                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 376                  */
 377                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 378                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 379
 380                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 381                                                    &freelist, true);
 382
 383                 /*
 384                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 385                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 386                  * non-free pages).
 387                  */
 388                 if (!isolated)
 389                         break;
 390
 391                 /*
 392                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 393                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 394                  * page may span two pageblocks).
 395                  */
 396         }
 397
 398         /* split_free_page does not map the pages */
 399         map_pages(&freelist);
 400
 401         if (pfn < end_pfn) {
 402                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 403                 release_freepages(&freelist);
 404                 return 0;
 405         }
 406
 407         /* We don't use freelists for anything. */
 408         return pfn;
 409 }
 410
 411 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 412 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 413 {
 414         struct page *page;
 415         unsigned int count[2] = { 0, };
 416
 417         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 418                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 419
 420         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 421         if (locked) {
 422                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 423                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 424         } else {
 425                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 426                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 427         }
 428 }
 429
 430 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 431 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 432 {
 433         unsigned long active, inactive, isolated;
 434
 435         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 436                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 437         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 438                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 439         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 440                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 441
 442         return isolated > (inactive + active) / 2;
 443 }
 444
 445 /**
 446  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 447  * @zone:       Zone pages are in.
 448  * @cc:         Compaction control structure.
 449  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 450  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 451  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 452  *
 453  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 454  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 455  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 456  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 457  *
 458  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 459  * zero.
 460  *
 461  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 462  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 463  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 464  */
 465 unsigned long
 466 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 467                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 468 {
 469         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 470         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 471         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 472         struct lruvec *lruvec;
 473         unsigned long flags;
 474         bool locked = false;
 475         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 476         bool set_unsuitable = true;
 477         const isolate_mode_t mode = (cc->mode == MIGRATE_ASYNC ?
 478                                         ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
 479                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
 480
 481         /*
 482          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 483          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 484          * delay for some time until fewer pages are isolated
 485          */
 486         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 487                 /* async migration should just abort */
 488                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
 489                         return 0;
 490
 491                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 492
 493                 if (fatal_signal_pending(current))
 494                         return 0;
 495         }
 496
 497         /* Time to isolate some pages for migration */
 498         cond_resched();
 499         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 500                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 501                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 502                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 503                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 504                                 locked = false;
 505                         }
 506                 }
 507
 508                 /*
 509                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 510                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 511                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 512                  * memory holes within the zone
 513                  */
 514                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 515                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 516                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 517                                 continue;
 518                         }
 519                 }
 520
 521                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 522                         continue;
 523                 nr_scanned++;
 524
 525                 /*
 526                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 527                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 528                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 529                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 530                  */
 531                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 532                 if (page_zone(page) != zone)
 533                         continue;
 534
 535                 if (!valid_page)
 536                         valid_page = page;
 537
 538                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 539                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 540                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 541                         int mt;
 542
 543                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 544                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 545                                 goto next_pageblock;
 546
 547                         /*
 548                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 549                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 550                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 551                          */
 552                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 553                         if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC &&
 554                             !migrate_async_suitable(mt)) {
 555                                 set_unsuitable = false;
 556                                 goto next_pageblock;
 557                         }
 558                 }
 559
 560                 /*
 561                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 562                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 563                  */
 564                 if (PageBuddy(page))
 565                         continue;
 566
 567                 /*
 568                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 569                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 570                  * Skip any other type of page
 571                  */
 572                 if (!PageLRU(page)) {
 573                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 574                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 575                                         /* Successfully isolated */
 576                                         goto isolate_success;
 577                                 }
 578                         }
 579                         continue;
 580                 }
 581
 582                 /*
 583                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 584                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 585                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 586                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 587                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 588                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 589                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 590                  * page underneath us may return surprising results.
 591                  */
 592                 if (PageTransHuge(page)) {
 593                         if (!locked)
 594                                 goto next_pageblock;
 595                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 596                         continue;
 597                 }
 598
 599                 /*
 600                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 601                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 602                  * admittedly racy check.
 603                  */
 604                 if (!page_mapping(page) &&
 605                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 606                         continue;
 607
 608                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 609                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 610                                                                 locked, cc);
 611                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 612                         break;
 613
 614                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 615                 if (!PageLRU(page))
 616                         continue;
 617                 if (PageTransHuge(page)) {
 618                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 619                         continue;
 620                 }
 621
 622                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 623
 624                 /* Try isolate the page */
 625                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 626                         continue;
 627
 628                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 629
 630                 /* Successfully isolated */
 631                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 632
 633 isolate_success:
 634                 cc->finished_update_migrate = true;
 635                 list_add(&page->lru, migratelist);
 636                 cc->nr_migratepages++;
 637                 nr_isolated++;
 638
 639                 /* Avoid isolating too much */
 640                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 641                         ++low_pfn;
 642                         break;
 643                 }
 644
 645                 continue;
 646
 647 next_pageblock:
 648                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 649         }
 650
 651         acct_isolated(zone, locked, cc);
 652
 653         if (locked)
 654                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 655
 656         /*
 657          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 658          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 659          */
 660         if (low_pfn == end_pfn)
 661                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated,
 662                                       set_unsuitable, true);
 663
 664         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 665
 666         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 667         if (nr_isolated)
 668                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 669
 670         return low_pfn;
 671 }
 672
 673 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 674 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 675 /*
 676  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 677  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 678  */
 679 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 680                                 struct compact_control *cc)
 681 {
 682         struct page *page;
 683         unsigned long block_start_pfn;  /* start of current pageblock */
 684         unsigned long block_end_pfn;    /* end of current pageblock */
 685         unsigned long low_pfn;       /* lowest pfn scanner is able to scan */
 686         unsigned long next_free_pfn; /* start pfn for scaning at next round */
 687         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 688         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 689
 690         /*
 691          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 692          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 693          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 694          * the pageblock boundary, because we do
 695          * block_start_pfn -= pageblock_nr_pages in the for loop.
 696          * For ending point, take care when isolating in last pageblock of a
 697          * a zone which ends in the middle of a pageblock.
 698          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 699          * is using.
 700          */
 701         block_start_pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 702         block_end_pfn = min(block_start_pfn + pageblock_nr_pages,
 703                                                 zone_end_pfn(zone));
 704         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 705
 706         /*
 707          * If no pages are isolated, the block_start_pfn < low_pfn check
 708          * will kick in.
 709          */
 710         next_free_pfn = 0;
 711
 712         /*
 713          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 714          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 715          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 716          */
 717         for (; block_start_pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 718                                 block_end_pfn = block_start_pfn,
 719                                 block_start_pfn -= pageblock_nr_pages) {
 720                 unsigned long isolated;
 721
 722                 /*
 723                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 724                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 725                  * to schedule.
 726                  */
 727                 cond_resched();
 728
 729                 if (!pfn_valid(block_start_pfn))
 730                         continue;
 731
 732                 /*
 733                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 734                  * configurations to have a setup like
 735                  * node0 node1 node0
 736                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 737                  * pages do not belong to a single zone.
 738                  */
 739                 page = pfn_to_page(block_start_pfn);
 740                 if (page_zone(page) != zone)
 741                         continue;
 742
 743                 /* Check the block is suitable for migration */
 744                 if (!suitable_migration_target(page))
 745                         continue;
 746
 747                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 748                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 749                         continue;
 750
 751                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 752                 isolated = isolate_freepages_block(cc, block_start_pfn,
 753                                         block_end_pfn, freelist, false);
 754                 nr_freepages += isolated;
 755
 756                 /*
 757                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 758                  * looking for free pages, the search will restart here as
 759                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 760                  */
 761                 if (isolated && next_free_pfn == 0) {
 762                         cc->finished_update_free = true;
 763                         next_free_pfn = block_start_pfn;
 764                 }
 765         }
 766
 767         /* split_free_page does not map the pages */
 768         map_pages(freelist);
 769
 770         /*
 771          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 772          * so that compact_finished() may detect this
 773          */
 774         if (block_start_pfn < low_pfn)
 775                 next_free_pfn = cc->migrate_pfn;
 776
 777         cc->free_pfn = next_free_pfn;
 778         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 779 }
 780
 781 /*
 782  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 783  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 784  */
 785 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 786                                         unsigned long data,
 787                                         int **result)
 788 {
 789         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 790         struct page *freepage;
 791
 792         /* Isolate free pages if necessary */
 793         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 794                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 795
 796                 if (list_empty(&cc->freepages))
 797                         return NULL;
 798         }
 799
 800         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 801         list_del(&freepage->lru);
 802         cc->nr_freepages--;
 803
 804         return freepage;
 805 }
 806
 807 /*
 808  * This is a migrate-callback that "frees" freepages back to the isolated
 809  * freelist.  All pages on the freelist are from the same zone, so there is no
 810  * special handling needed for NUMA.
 811  */
 812 static void compaction_free(struct page *page, unsigned long data)
 813 {
 814         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 815
 816         list_add(&page->lru, &cc->freepages);
 817         cc->nr_freepages++;
 818 }
 819
 820 /*
 821  * We cannot control nr_migratepages fully when migration is running as
 822  * migrate_pages() has no knowledge of of compact_control.  When migration is
 823  * complete, we count the number of pages on the list by hand.
 824  */
 825 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 826 {
 827         int nr_migratepages = 0;
 828         struct page *page;
 829
 830         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 831                 nr_migratepages++;
 832
 833         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 834 }
 835
 836 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 837 typedef enum {
 838         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 839         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 840         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 841 } isolate_migrate_t;
 842
 843 /*
 844  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 845  * the migrate scanner within compact_control.
 846  */
 847 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 848                                         struct compact_control *cc)
 849 {
 850         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 851
 852         /* Do not scan outside zone boundaries */
 853         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 854
 855         /* Only scan within a pageblock boundary */
 856         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 857
 858         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 859         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 860                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 861                 return ISOLATE_NONE;
 862         }
 863
 864         /* Perform the isolation */
 865         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 866         if (!low_pfn || cc->contended)
 867                 return ISOLATE_ABORT;
 868
 869         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 870
 871         return ISOLATE_SUCCESS;
 872 }
 873
 874 static int compact_finished(struct zone *zone,
 875                             struct compact_control *cc)
 876 {
 877         unsigned int order;
 878         unsigned long watermark;
 879
 880         if (fatal_signal_pending(current))
 881                 return COMPACT_PARTIAL;
 882
 883         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 884         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 885                 /* Let the next compaction start anew. */
 886                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = zone->zone_start_pfn;
 887                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = zone->zone_start_pfn;
 888                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 889
 890                 /*
 891                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 892                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 893                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 894                  * based on an allocation request.
 895                  */
 896                 if (!current_is_kswapd())
 897                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 898
 899                 return COMPACT_COMPLETE;
 900         }
 901
 902         /*
 903          * order == -1 is expected when compacting via
 904          * /proc/sys/vm/compact_memory
 905          */
 906         if (cc->order == -1)
 907                 return COMPACT_CONTINUE;
 908
 909         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 910         watermark = low_wmark_pages(zone);
 911         watermark += (1 << cc->order);
 912
 913         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 914                 return COMPACT_CONTINUE;
 915
 916         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 917         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 918                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 919
 920                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 921                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 922                         return COMPACT_PARTIAL;
 923
 924                 /* Job done if allocation would set block type */
 925                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 926                         return COMPACT_PARTIAL;
 927         }
 928
 929         return COMPACT_CONTINUE;
 930 }
 931
 932 /*
 933  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 934  * Returns
 935  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 936  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 937  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 938  */
 939 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 940 {
 941         int fragindex;
 942         unsigned long watermark;
 943
 944         /*
 945          * order == -1 is expected when compacting via
 946          * /proc/sys/vm/compact_memory
 947          */
 948         if (order == -1)
 949                 return COMPACT_CONTINUE;
 950
 951         /*
 952          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 953          * This is because during migration, copies of pages need to be
 954          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 955          */
 956         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 957         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 958                 return COMPACT_SKIPPED;
 959
 960         /*
 961          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 962          * low memory or external fragmentation
 963          *
 964          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 965          * watermarks
 966          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 967          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 968          *
 969          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 970          */
 971         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 972         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 973                 return COMPACT_SKIPPED;
 974
 975         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 976             0, 0))
 977                 return COMPACT_PARTIAL;
 978
 979         return COMPACT_CONTINUE;
 980 }
 981
 982 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 983 {
 984         int ret;
 985         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 986         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 987         const bool sync = cc->mode != MIGRATE_ASYNC;
 988
 989         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 990         switch (ret) {
 991         case COMPACT_PARTIAL:
 992         case COMPACT_SKIPPED:
 993                 /* Compaction is likely to fail */
 994                 return ret;
 995         case COMPACT_CONTINUE:
 996                 /* Fall through to compaction */
 997                 ;
 998         }
 999
1000         /*
1001          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
1002          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
1003          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
1004          */
1005         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
1006                 __reset_isolation_suitable(zone);
1007
1008         /*
1009          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
1010          * information on where the scanners should start but check that it
1011          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
1012          */
1013         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn[sync];
1014         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1015         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1016                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1017                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1018         }
1019         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1020                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1021                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = cc->migrate_pfn;
1022                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = cc->migrate_pfn;
1023         }
1024
1025         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1026
1027         migrate_prep_local();
1028
1029         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1030                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1031                 int err;
1032
1033                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1034                 case ISOLATE_ABORT:
1035                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1036                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1037                         cc->nr_migratepages = 0;
1038                         goto out;
1039                 case ISOLATE_NONE:
1040                         continue;
1041                 case ISOLATE_SUCCESS:
1042                         ;
1043                 }
1044
1045                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1046                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1047                                 compaction_free, (unsigned long)cc, cc->mode,
1048                                 MR_COMPACTION);
1049                 update_nr_listpages(cc);
1050                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1051
1052                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1053                                                 nr_remaining);
1054
1055                 /* Release isolated pages not migrated */
1056                 if (err) {
1057                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1058                         cc->nr_migratepages = 0;
1059                         /*
1060                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1061                          * and we want compact_finished() to detect it
1062                          */
1063                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1064                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1065                                 goto out;
1066                         }
1067                 }
1068         }
1069
1070 out:
1071         /* Release free pages and check accounting */
1072         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1073         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1074
1075         trace_mm_compaction_end(ret);
1076
1077         return ret;
1078 }
1079
1080 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone, int order,
1081                 gfp_t gfp_mask, enum migrate_mode mode, bool *contended)
1082 {
1083         unsigned long ret;
1084         struct compact_control cc = {
1085                 .nr_freepages = 0,
1086                 .nr_migratepages = 0,
1087                 .order = order,
1088                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1089                 .zone = zone,
1090                 .mode = mode,
1091         };
1092         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1093         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1094
1095         ret = compact_zone(zone, &cc);
1096
1097         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1098         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1099
1100         *contended = cc.contended;
1101         return ret;
1102 }
1103
1104 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1105
1106 /**
1107  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1108  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1109  * @order: The order of the current allocation
1110  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1111  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1112  * @mode: The migration mode for async, sync light, or sync migration
1113  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1114  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1115  *
1116  * This is the main entry point for direct page compaction.
1117  */
1118 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1119                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1120                         enum migrate_mode mode, bool *contended)
1121 {
1122         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1123         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1124         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1125         struct zoneref *z;
1126         struct zone *zone;
1127         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1128         int alloc_flags = 0;
1129
1130         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1131         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1132                 return rc;
1133
1134         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1135
1136 #ifdef CONFIG_CMA
1137         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1138                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1139 #endif
1140         /* Compact each zone in the list */
1141         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1142                                                                 nodemask) {
1143                 int status;
1144
1145                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, mode,
1146                                                 contended);
1147                 rc = max(status, rc);
1148
1149                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1150                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1151                                       alloc_flags))
1152                         break;
1153         }
1154
1155         return rc;
1156 }
1157
1158
1159 /* Compact all zones within a node */
1160 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1161 {
1162         int zoneid;
1163         struct zone *zone;
1164
1165         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1166
1167                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1168                 if (!populated_zone(zone))
1169                         continue;
1170
1171                 cc->nr_freepages = 0;
1172                 cc->nr_migratepages = 0;
1173                 cc->zone = zone;
1174                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1175                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1176
1177                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1178                         compact_zone(zone, cc);
1179
1180                 if (cc->order > 0) {
1181                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1182                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1183                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1184                 }
1185
1186                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1187                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1188         }
1189 }
1190
1191 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1192 {
1193         struct compact_control cc = {
1194                 .order = order,
1195                 .mode = MIGRATE_ASYNC,
1196         };
1197
1198         if (!order)
1199                 return;
1200
1201         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1202 }
1203
1204 static void compact_node(int nid)
1205 {
1206         struct compact_control cc = {
1207                 .order = -1,
1208                 .mode = MIGRATE_SYNC,
1209                 .ignore_skip_hint = true,
1210         };
1211
1212         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1213 }
1214
1215 /* Compact all nodes in the system */
1216 static void compact_nodes(void)
1217 {
1218         int nid;
1219
1220         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1221         lru_add_drain_all();
1222
1223         for_each_online_node(nid)
1224                 compact_node(nid);
1225 }
1226
1227 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1228 int sysctl_compact_memory;
1229
1230 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1231 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1232                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1233 {
1234         if (write)
1235                 compact_nodes();
1236
1237         return 0;
1238 }
1239
1240 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1241                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1242 {
1243         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1244
1245         return 0;
1246 }
1247
1248 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1249 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1250                         struct device_attribute *attr,
1251                         const char *buf, size_t count)
1252 {
1253         int nid = dev->id;
1254
1255         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1256                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1257                 lru_add_drain_all();
1258
1259                 compact_node(nid);
1260         }
1261
1262         return count;
1263 }
1264 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1265
1266 int compaction_register_node(struct node *node)
1267 {
1268         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1269 }
1270
1271 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1272 {
1273         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1274 }
1275 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1276
1277 #endif /* CONFIG_COMPACTION */